浅谈待机能耗问题及其电源解决方案
时间：11-07
来源：EDN
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4．开关电源待机功耗机理分析
目前，大多数100W 以下的电子设备，如电源适配器、充电器、无绳电话、ADSL 路由器、LCD 显示器和DVD 等等，都是采用离线反激式开关电路，将电网提供的85V～275V 交流电转换为电子设备所需要的直流电压。正常工作状态下，反激式开关电源的损耗主要包括导通损耗和开关损耗，以及控制电路的损耗。待机状态下，因为系统的输出电流接近于零，导通损耗可以忽略，开关损耗和控制电路的损耗成为主要的系统待机功耗。降低待机功耗，应着眼于开关损耗和控制电路的损耗的降低。
图1 给出反激式开关电源在待机状态下的主要损耗类型，其中功率管开关损耗、驱动损耗、变压器磁芯损耗、输出整流管反向恢复损耗以及缓冲器损耗都属于开关损耗。各种类型的开关损耗都与开关频率有关，降低开关频率可以减少开关损耗。控制电路的损耗主要表现为启动电阻上的损耗，而启动电阻的损耗直接与整流后的直流母线电压和启动电阻值。在保证宽电压输入的工作条件下可以通过降低启动电流的方法来降低启动电阻损耗。
目前，大多数100W 以下的电子设备，如电源适配器、充电器、无绳电话、ADSL 路由器、LCD 显示器和DVD 等等，都是采用离线反激式开关电路，将电网提供的85V～275V 交流电转换为电子设备所需要的直流电压。正常工作状态下，反激式开关电源的损耗主要包括导通损耗和开关损耗，以及控制电路的损耗。待机状态下，因为系统的输出电流接近于零，导通损耗可以忽略，开关损耗和控制电路的损耗成为主要的系统待机功耗。降低待机功耗，应着眼于开关损耗和控制电路的损耗的降低。
图1 给出反激式开关电源在待机状态下的主要损耗类型，其中功率管开关损耗、驱动损耗、变压器磁芯损耗、输出整流管反向恢复损耗以及缓冲器损耗都属于开关损耗。各种类型的开关损耗都与开关频率有关，降低开关频率可以减少开关损耗。控制电路的损耗主要表现为启动电阻上的损耗，而启动电阻的损耗直接与整流后的直流母线电压和启动电阻值。在保证宽电压输入的工作条件下可以通过降低启动电流的方法来降低启动电阻损耗。
 图1 反激式开关电源在待机状态下的主要损耗类型 5．低功耗待机电源解决方案作为一家领先的电源管理集成电路制造商，BCD 半导体制造有限公司(简称BCD Semi)长期致力于高效、低待机功耗绿色电源解决方案的开发、研究。 早在2004 年BCD Semi 公司就率先推出了一颗与工业标准PWM 控制器384x 完全兼容并具有间歇式低待机功能的"绿色电源"控制器，AP384xG。AP384xG 与标准PWM 控制器384x 相比最明显的差别在于其内部增加了一个可控电流源，通过电流源充电提高Pin CS 的比较电平来实现轻载情况下的间歇式工作模式以降低待机功耗。同时，AP384xG 还特别设计了低启动电流电路，使启动电流从典型的200uA 降低至40uA，大大的降低了启动电阻上的损耗。 由于设计上的特别考量，AP384xG 具备了与标准PWM 控制器384x 完全兼容的特性，提供所谓"Plug-and-Play"的"绿色电源"解决方案。使用者在不需要修改其原有设计的情况下，用AP384xG 去替换384x 同时调整极少数的电阻、电容参数，就可以大幅度地提高电源转换效率(55%~65%)并减低待机功耗（3.25W~0.5W），顺利通过"能源之星"的节能认证【3】。由于其显著的节能效果和兼容性，AP384xG 在DVD 电源、CRT/LCD 显示器电源、电动自行车充电电源等等领域已经得到了广泛的应用，迄今已销售超过5 千万片，已为社会累计节约电能近1.3 亿千瓦时。 作为全球领先的手机充电器方案提供商，BCD Semi 公司于2009 年6 月推出了可以满足最严格五星级标准的超低待机功耗充电器方案，AP376x 系列，其30mW 以下的空载功耗可以使制造商轻松满足包括能源之星EPS v2.0 在内的全球所有的充电器/适配器能效及空载规范。 AP3768 是BCD Semi 公司生产的第二代原边控制器代表产品，其设计上除了延续第一代产品的成功架构，省去昂贵但可靠性低的外围元件，实现高精度的输出电压 / 电流控制，保证系统量产条件下±5％的输出电压 / 电流容差范围。AP3768 集成了更为精确的可调电缆补偿功能，允许客户通过一颗外接电阻值的调整实现任意电压值的补偿，以满足不同线径、长度输出电缆的应用。其专利的"Sub-μA Startup"技术和低工作电流是实现30mW 超低待机功耗的技术保证。 图2 给出了AP3768 的典型应用线路和主要特性曲线。
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