开关电源功耗分析.docx

1、一、引言随着能源效率和环保的日益重要， 人们对开关电源待机效率期望越来越高，客户要求电源制造商提供的电源产品能满足BLUEANGEL， ENERGYSTAR， ENERGY2000 等绿色能源标准，而欧盟对开关电源的要求是：到 2005 年，额定功率为 0.3W15W，15W50W 和 50W75W 的开关电源，待机功耗需分别小于 0.3W，0.5W 和 0.75W。而目前大多数开关电源由额定负载转入轻载和待机状态时，电源效率急剧下降,待机效率不能满足要求。这就给电源设计工程师们提出了新的挑战。二、开关电源功耗分析二、开关电源功耗分析要减小开关电源待机损耗，提高待机效率，首先要分析开关电源损耗

2、的构成。以反激式电源为例，其工作损耗主要表现为：MOSFET 导通损耗，MOSFET 寄生电容损耗，开关交叠损耗，PWM 控制器及其启动电阻损耗，输出整流管损耗，箝位保护电路损耗，反馈电路损耗等。其中前三个损耗与频率成正比关系，即与单位时间内器件开关次数成正比。在待机状态，主电路电流较小，MOSFET 导通时间 ton 很小，电路工作在 DCM 模式，故相关的导通损耗，次级整流管损耗等较小，此时损耗主要由寄生电容损耗和开关交叠损耗和启动电阻损耗构成。三、提高待机效率的方法三、提高待机效率的方法根据损耗分析可知，切断启动电阻，降低开关频率，减小开关次数可减小待机损耗，提高待机效率。具体的方法有：

3、降低时钟频率；由高频工作模式切换至低频工作模式，如准谐振模式（QuasiResonant，QR）切换至脉宽调制（PulseWidthModulation，PWM）,脉宽调制切换至脉冲频率调制（PulseFrequencyModulation，PFM）；可控脉冲模式（BurstMode）。（一）切断启动电阻对于反激式电源，启动后控制芯片由辅助绕组供电，启动电阻上压降为 300V 左右。设启动电阻取值为 47k，消耗功率将近 2W。要改善待机效率，必须在启动后将该电阻通道切断。TOPSWITCH，ICE2DS02G 内部设有专门的启动电路，可在启动后关闭该电阻。若控制器没有专门启动电路，也可在启动

4、电阻串接电容，其启动后的损耗可逐渐下降至零。缺点是电源不能自重启，只有断开输入电压，使电容放电后才能再次启动电路。（二）降低时钟频率时钟频率可平滑下降或突降。 平滑下降就是当反馈量超过某一阈值，通过特定模块，实现时钟频率的线性下降。POWER 公司的 TOPSwitch-GX 和 SG 公司的 SG6848 芯片内置了这样的模块，能根据负载大小调节频率。（三）切换工作模式1QRPWM 对于工作在高频工作模式的开关电源，在待机时切换至低频工作模式可减小待机损耗。例如，对于准谐振式开关电源（工作频率为几百 kHz 到几 MHz），可在待机时切换至低频的脉宽调制控制模式 PWM（几十 kHz）。IR

5、IS40 xx 芯片就是通过 QR 与 PWM 切换来提高待机效率的。当电源处于轻载和待机时候，辅助绕组电压较小，Q1 关断，谐振信号不能传输至 FB 端， FB 电压小于芯片内部的一个门限电压，不能触发准谐振模式，电路则工作在更低频的脉宽调制控制模式。2PWMPFM对于额定功率时工作在 PWM 模式的开关电源， 也可以通过切换至 PFM 模式提高待机效率，即固定开通时间，调节关断时间，负载越低，关断时间越长，工作频率也越低。图 5 是采用NS 公司的 LM2618 控制的 Buck 转换器电路和分别采用 PWM和PFM控制方法的效率比较曲线。 由图可见， 在轻载时采用PFM模式的电源效率明显

6、大于采用 PWM 模式时的效率， 且负载越低，PFM 效率优势越明显。将待机信号加在其 PW/引脚上，在额定负载条件下，该引脚为高电平，电路工作在 PWM 模式，当负载低于某个阈值时， 该引脚被拉为低电平， 电路工作在 PFM 模式。实现 PWM 和 PFM 的切换，也就提高了轻载和待机状态时的电源效率。通过降低时钟频率和切换工作模式实现降低待机工作频率，提高待机效率，可保持控制器一直在运作，在整个负载范围中，输出都能被妥善的调节。即使负载从零激增至满负载的情况下，能够快速反应，反之亦然。输出电压降和过冲值都保持在允许范围内。（四）可控脉冲模式（BurstMode）可控脉冲模式， 也可称为跳周期控制模式 （SkipCycleMode）是指当处于轻载或待机条件时， 由周期比 PWM 控制器时钟周期大的信号控制电路某一环节， 使得 PWM 的输出脉冲周期性的有效或失效， 如图 6 所示。这样即可实现恒定频率下通过减小开关次数，增大占空比来提高轻载和待机的效率。该信号可以加在反馈通道，PWM 信号输出通道，PWM 芯片的使能引脚（如LM2618， L6565） 或者是芯片内部模块 （如 NC