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大功率開關電源如何降低自身功耗

时间:2022-02-12     【原创】

       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,客戶要求電源制造商提供的電源產品能滿足 BLUEANGEL,ENERGYSTAR,ENERGY2000等綠色能源標準,而歐盟對大功率開關電源的要求是:到2005年,額定功率為 0.3W~15W,15W~50W和50W~75W的開關電源,待機功耗需分別小于0.3W,0.5W和0.75W。

  目前大多數大功率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。

  大功率開關電源功耗分析:

  要減小大功率開關電源待機損耗,提高待機效率,首先要分析損耗的構成。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

  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控制器及其啟動電阻損耗,輸出整流管損耗,箝位保護電路損耗,反饋電路損耗等。其中前三個損耗與頻率成正比關系,即與單位時間內器件開關次數成正比。

  提高大功率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:降低時鐘頻率;由高頻工作模式切換至低頻工作模式,如準諧振模式(QuasiResonant,QR)切換至脈寬調制(PulseWidthModulation,PWM),脈寬調制切換至脈沖頻率調制(PulseFrequencyModulation,PFM;可控脈沖模式(BurstMode)。

  切斷啟動電阻:

  對于反激式電源,啟動后控制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,必須在啟動后將該電阻通道切斷。TOPSWITCH,ICE2DS02G內部設有專門的啟動電路,可在啟動后關閉該電阻。若控制器沒有專門啟動電路,也可在啟動電阻串接電容,其啟動后的損耗可逐漸下降至零。缺點是大功率開關電源不能自重啟,只有斷開輸入電壓,使電容放電后才能再次啟動電路。

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