中心議題：

• 開關電源功耗分析
• MOSFET導通損耗
• 提高開關電源待機效率的方法
• 可控脈衝模式(Burst Mode)

解決方案：

• 切斷啟動電阻
• 降低時鍾頻率

　
隨著能源效率和環保的日益重要，人們對開關電源待機效率期望越來越高
，客戶要求電源製造商提供的電源產品能滿足BLUE ANGEL,ENERGY STAR, ENERGY 2000等綠色能源標準
，而歐盟對開關電源的要求是：到2005年，額定功率為0.3W~15W，15W~50W和50W~75W的開關電源，待機功耗需分別小於0.3W
，0.5W和0.75W。　　

目前大多數開關電源由額定負載轉入輕載和待機狀態時，電源效率急劇下降,待機效率不能滿足要求。這就給電源設計工程師們提出了新的挑戰。　　

開關電源功耗分析　　

要減小開關電源待機損耗，提高待機效率，首先要分析開關電源損耗的構成。以反激式電源為例，其工作損耗主要表現為：MOSFET導通損耗
 

　　
MOSFET導通損耗　　

MOSFET導通損耗　　

在待機狀態，主電路電流較小，MOSFET導通時間ton很小，電路工作在DCM模式
，故相關的導通損耗，次級整流管損耗等較小

，此時損耗主要由寄生電容損耗和開關交疊損耗和啟動電阻損耗構成。　　

開關交疊損耗，PWM控(kong)製(zhi)器(qi)及(ji)其(qi)啟(qi)動(dong)電(dian)阻(zu)損(sun)耗(hao)，輸(shu)出(chu)整(zheng)流(liu)管(guan)損(sun)耗(hao)，箝(qian)位(wei)保(bao)護(hu)電(dian)路(lu)損(sun)耗(hao)，反(fan)饋(kui)電(dian)路(lu)損(sun)耗(hao)等(deng)。其(qi)中(zhong)前(qian)三(san)個(ge)損(sun)耗(hao)與(yu)頻(pin)率(lv)成(cheng)正(zheng)比(bi)關(guan)係(xi)，即(ji)與(yu)單(dan)位(wei)時(shi)間(jian)內(nei)器(qi)件(jian)開(kai)關(guan)次(ci)數(shu)成(cheng)正(zheng)比(bi)。　　

提高開關電源待機效率的方法　　

根據損耗分析可知，切斷啟動電阻，降低開關頻率，減小開關次數可減小待機損耗，提高待機效率。具體的方法有：降低時鍾頻率;由高頻工作模式切換至低頻工作模式，如準諧振模式(Quasi Resonant，QR)切換至脈寬調製(Pulse Width Modulation，PWM), 脈寬調製切換至脈衝頻率調製(Pulse Frequency Modulation, PFM);可控脈衝模式(Burst Mode)。　　

(1)切斷啟動電阻　　

對於反激式電源，啟動後控製芯片由輔助繞組供電，啟動電阻上壓降為300V左右。設啟動電阻取值為47kΩ
，消耗功率將近2W。要改善待機效率，必須在啟動後將該電阻通道切斷。TOPSWITCH，ICE2DS02G內(nei)部(bu)設(she)有(you)專(zhuan)門(men)的(de)啟(qi)動(dong)電(dian)路(lu)，可(ke)在(zai)啟(qi)動(dong)後(hou)關(guan)閉(bi)該(gai)電(dian)阻(zu)。若(ruo)控(kong)製(zhi)器(qi)沒(mei)有(you)專(zhuan)門(men)啟(qi)動(dong)電(dian)路(lu)
，也(ye)可(ke)在(zai)啟(qi)動(dong)電(dian)阻(zu)串(chuan)接(jie)電(dian)容(rong)

，其(qi)啟(qi)動(dong)後(hou)的(de)損(sun)耗(hao)可(ke)逐(zhu)漸(jian)下(xia)降(jiang)至(zhi)零(ling)。缺(que)點(dian)是(shi)電(dian)源(yuan)不(bu)能(neng)自(zi)重(zhong)啟(qi)，隻(zhi)有(you)斷(duan)開(kai)輸(shu)入(ru)電(dian)壓(ya)，使(shi)電(dian)容(rong)放(fang)電(dian)後(hou)才(cai)能(neng)再(zai)次(ci)啟(qi)動(dong)電(dian)路(lu)。
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UC3842反激式電源啟動電路　　
 

圖1 UC3842反激式電源啟動電路　　

圖1所示的啟動電路
，則可避免以上問題，而且該電路功耗僅為0.03W。不過電路增加了複雜度和成本。　　

(2)降低時鍾頻率　　

時鍾頻率可平滑下降或突降。平滑下降就是當反饋量超過某一閾值，通過特定模塊
，實現時鍾頻率的線性下降。POWER公司的TOPSwitch-GX和SG公司的SG6848芯片內置了這樣的模塊，能根據負載大小調節頻率
，圖2所示是SG6848時鍾頻率與其反饋電流的關係。
　
SG6848反饋電流與時鍾頻率的關係　　
 

圖2　SG6848反饋電流與時鍾頻率的關係　　

突降實現方法如圖3：以UCC3895為例
，當電源處於正常負載狀態時，Q1導通，其時鍾周期為：
　　
時鍾頻率突降實現與時鍾波形　
　

圖3：時鍾頻率突降實現與時鍾波形　　

時鍾周期小於1倍。L5991和Infineon公司的CoolSet F2係列已經集成了該功能。

(3) 切換工作模式　　

QR→PWM　　I

RIS40xx芯片就是通過QR與PWM切換來提高待機效率的。圖4是IRIS4015構成的反激式開關電源，
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IRIS4015構成的QR/PWM反激式電源電路　　
 

圖4 由IRIS4015構成的QR/PWM反激式電源電路　　

重載時，輔助繞組電壓大，R1分壓大於0.6V，Q1導通，輔助準諧振信號經過D1,D2,R3,C2構成的延時電路到達IRIS4015的FB腳，內部比較器對該信號進行比較，電路工作在準諧振模式。當電源處於輕載和待機時候，輔助繞組電壓較小，Q1關斷
，諧振信號不能傳輸至FB端，FB電壓小於芯片內部的一個門限電壓

，不能觸發準諧振模式，電路則工作在更低頻的脈寬調製控製模式。　　

PWM→PFM　　

對於額定功率時工作在PWM模式的開關電源

，
，也可以通過切換至PFM模式提高待機效率，即固定開通時間，調節關斷時間，負載越低，關斷時間越長
，工作頻率也越低。圖5是采用NS公司的LM2618控製的Buck轉換器電路和分別采用PWM和PFM控製方法的效率比較曲線。
　　
PWM→PFM　　
 

圖5：PWM→PFM　　
 

由圖可見
，在輕載時采用PFM模式的電源效率明顯大於采用PWM模式時的效率，且負載越低，PFM效率優勢越明顯。將待機信號加在其PW/引腳上
，在額定負載條件下
，該引腳為高電平，電路工作在PWM模式

，當負載低於某個閾值時，該引腳被拉為低電平，電路工作在PFM模式。實現PWM和PFM的切換
，也就提高了輕載和待機狀態時的電源效率。　　

通tong過guo降jiang低di時shi鍾zhong頻pin率lv和he切qie換huan工gong作zuo模mo式shi實shi現xian降jiang低di待dai機ji工gong作zuo頻pin率lv
，提ti高gao待dai機ji效xiao率lv，可ke保bao持chi控kong製zhi器qi一yi直zhi在zai運yun作zuo，在zai整zheng個ge負fu載zai範fan圍wei中zhong
，輸shu出chu都dou能neng被bei妥tuo善shan的de調tiao節jie。即ji使shi負fu載zai從cong零ling激ji增zeng至zhi滿man負fu載zai的de情qing況kuang下xia，能neng夠gou快kuai速su反fan應ying，反fan之zhi亦yi然ran。輸shu出chu電dian壓ya降jiang和he過guo衝chong值zhi都dou保bao持chi在zai允yun許xu範fan圍wei內nei。　　

3.4　可控脈衝模式(Burst Mode)　　

可控脈衝模式
，也可稱為跳周期控製模式(Skip Cycle Mode)是指當處於輕載或待機條件時，由周期比PWM控製器時鍾周期大的信號控製電路某一環節

，使得PWM的輸出脈衝周期性的有效或失效，如圖6所示。
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Burst Mode控製信號與驅動信號圖　　
 

圖6：Burst Mode控製信號與驅動信號圖　　

這樣即可實現恒定頻率下通過減小開關次數，增大占空比來提高輕載和待機的效率。該信號可以加在反饋通道，PWM信號輸出通道，PWM芯片的使能引腳(如LM2618,L6565)或者是芯片內部模塊(如NCP1200，FSD200
，L6565和TinySwitch係列芯片)。　　

當反饋檢測腳FB的電壓低於1.2V(該值可編程)時
，跳周期比較器控製Q觸chu發fa器qi，使shi輸shu出chu關guan閉bi若ruo幹gan時shi鍾zhong周zhou期qi，也ye即ji跳tiao過guo若ruo幹gan個ge周zhou期qi
，負fu載zai越yue輕qing，跳tiao過guo的de周zhou期qi也ye越yue多duo。為wei免mian音yin頻pin噪zao音yin
，隻zhi有you在zai峰feng值zhi電dian流liu降jiang至zhi某mou個ge設she定ding值zhi時shi
，跳tiao周zhou期qi模mo式shi才cai有you效xiao。　　

腳的反饋電壓與0.6V/0.5V遲滯比較器比較，由比較結果控製門極驅動輸出，我們可根據此原理用分立元件實現普通芯片的Burst Mode功能，即檢測次級電壓判斷電源是否處於待機狀態，通過遲滯比較器，控製芯片輸出。　　

另外對於有使能腳的PWM控製器

，如L6565等，用可控脈衝信號控製使能腳使控製芯片有效或失效，也可以實現Burst Mode
，上述Burst Signal可由圖1中所示的遲滯比較器產生。　　

4　存在的問題　　

以上介紹的降頻和Burst Mode方法在提高待機效率的同時，也帶來一些問題，首先是頻率降低導致輸出電壓紋波的增加，其次如果頻率降至20kHz以內
，可能有音頻噪音。而在Burst Mode的OFFshiqinei，ruguofuzaijizeng

，shuchudianyahuidadajiangdi，ruguoshuchudianrongbugouda
，dianyashenzhikenengjiangdizhiling。ruguozengdashuchudianrong
，yijianxiaoshuchudianyawenbo，zehuidaozhichengbenzengjia，binghuiyingxiangxitongdongtaixingneng。yincibixuzonghekaolv。