开关电源中PWM芯片待机功能的研究
1 引言
待机是指产品已连接到电源上，但处于未运行在其主要功能时的状态。待机的目的就是要降低电源在空载或轻载时的损耗。随着电器和网络产品的普及，电子产品待机状态下的耗电量越来越引起国际节能，环保组织和有关国家的重视。待机能耗不仅浪费电能，而且也制造巨大的环保压力。我们知道开关损耗与电源的工作频率成正比，因此，可以设法在电源输出功率变小乃至于进入待机状态时，使其工作频率降低。这可以通过许多控制功能芯片来实现，例如集成芯片L5991等。目前，很多PWM芯片还不具有变频的待机功能，因而，我们可以借鉴L5991芯片的这个功能电路来实现其他PWM芯片的待机功能。
2 L5991芯片的待机功能电路介绍
L5991芯片，是由BCD60II技术发展而来的，设计目的是用一个固定频率的电流模式控制，实现离线式DC/DC电源应用。L5991是一个标准电流型PWM控制器，该控制器具有可编程软启动，输出/输入同步，闭锁（用于过压保护和电源管理），精确的极限占空比控制，脉冲电流限制，用软启动来进行过流保护，和当空载或轻载时使振荡器频率降低的待机功能等优点。
图1是该芯片待机功能的基本内部电路。管脚2外接两个电阻（RA和RB）和一个电容(CT)，照图1中连接，是用来分别设置振荡器正常运行的工作频率（fosc）和待机模式的工作频率（fsb）。实际上，只要待机信号是高电平，该管脚能通过一个N沟道FET内部连于参考电压Vref，所以，定时电容CT通过RA和RB放电。当待机信号变低，N沟道FET就关闭且该管脚悬空，CT只通过RA放电，这样振荡器频率就会变低。VCT在正常运行中由Vref通过RA和RB控制,而在待机时通过RA来进行调控。当CT上的电压达到3V时，电容会快速地内部放电。当电压降到1V时，它开始再次充电。
图1 L5991芯片的待机功能基本电路
正常运行中RT将等于RA//RB，其频率公式为
fosc≌ （1）
而在待机时RT=RA，其频率公式为：
fSB≌ (2)
式中：KT=
L5991通过对与负载相联系的反馈电压进行检测，在负载降低到一个定义值（由电路中的元器件参数来控制）时自动降低振荡器频率，而当负载增加并超过第二个极限值时恢复其正常工作频率。这样，由L5991控制工作频率的系统，就可以依靠其待机功能来实现系统待机和工作时的频率转换。当系统待机时，频率降低，可以通过对电路参数的设置使待机频率变得很低，从而降低了开关损耗。
L5991作为一个电流型控制器，其误差放大器的输出电压Vcomp，除偏移量外，是跟主电流峰值成比例的。所以，可以通过监控Vcomp来推测电源的负载情况。
假如，由于负载减小使得主电流峰值降低，且Vcomp降低到一个固定极限（VT1）时，振荡器频率将被设置到一个较低的数值上（fsb）。假如，主电流峰值增加且Vcomp超过VT2时，振荡器频率将重置在正常值上（fosc）。频率的变化引起Vcomp的变化，并且由于能量平衡原因而方向相反，因而，提供一个恰当的滞后便可以防止振荡器频率在fsb与fosc之间变动。
3 反激式开关电源待机功能的实现
根据上述L5991芯片的待机原理，我们可以试想，在UC3842构成的反激式开关电源的基础上加入待机功能。通过对与负载相联系的反馈电压进行检测，利用芯片内部的误差放大器的输出值，对频率进行改变。
UC3842芯片的管脚1为误差放大器输出，图2为芯片待机功能的基本电路。
图2 芯片待机功能的基本电路
该电路的主要原理是：检测反馈电压经误差放大器后的输出值，通过一个迟滞比较器（施密特触发器），驱动开关管的开通或者关断，来实现RT的改变，从而改变电源的振荡频率。
我们可以看到，电源处于何种工作状态（正常工作或是待机），取决于迟滞比较器的阈值的设定，而该阈值取决于电源待机和正常工作时的误差放大器的输出值。
在实际设计的电路中，电源电路空载时，输出约为1.6V，而非轻载时为1.8V以上，因而，我们根据这个值来设定迟滞比较器的阈值。迟滞比较器由555芯片加上外围的电阻构成，该比较器的电路图如图3所示。
图3 迟滞比较器电路
图3中，555芯片的基准电源VDD为＋5V，由UC3842的脚8输出基准电压给定。迟滞比较器的上下阈值计算如下：
VTH=VDD （3）
VTL= （4）
根据以上确定的阈值，确定各个电阻的阻值。
电源电路负载变化时，根据迟滞比较器的阈值，电源工作在相应的频率。
4 试验结果
根据以上原理搭构了由UC3842芯片控制的单端反激式开关电源电路[1][2][3]，并加入了待机电路，其中取CT=4700μF，RA=RB=20kΩ，验证了以上原理。
图4为空载切换成带5W负载时的频率变化，频率由20kHz变成40kHz，而当切换回空载时，频率则由40kHz变回了
- CMOS求和比较器在PWM开关电源控制中的应用(11-27)
- 改善 PWM 电源控制器低负载运行的缓冲放大器和 LED(01-16)
- 负输出罗氏变换器实用性剖析(01-09)
- 一种新型ZCS-PWM Buck变换器研究(02-20)
- PWM技术实现方法综述(02-19)
- 基于HPWM技术的大功率正弦超声波逆变电源(02-26)