开关电源功耗分析

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1、开关电源功耗分析摘要：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的构成。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。本文简要介绍提高开关电源待机效率的方法。　　关键词：损耗开关电源效率构成　　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0.3OSFET导通损耗，MOSFET寄生电容损耗，开关交叠损耗，P控制器及其启动电阻损耗，输出整流

2、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　　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：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（Pulseodulation，P），脉宽调制切换至脉冲频率调制（

3、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47kΩ，消耗功率将近2Hz），可在待机时切换至低频的脉宽调制控制模式P（几十kHz）。　　IRIS40xx芯片就是通过QR与P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。　　2.P→PFM　　对于额定功率时工作在P模式的开关电源，

4、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P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大于采用P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P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P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

5、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P控制器时钟周期大的信号控制电路某一环节，使得P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，P信号输出通道，P芯片的使能引脚（如LM2618，L6565）或者是芯片内部模块（如NCP1200，FSD200，L6565和TinySode功能。控制反馈通道是实现

6、一般P控制器的可控脉冲模式的方法之一。　　另外对于有使能脚的P控制器，如L6565等，用可控脉冲信号控制使能脚使控制芯片有效或失效，也可以实现BurstMode，上述BurstSignal可由图1中所示的迟滞比较器产生。　　四、存在的问题　　以上介绍的降频和BurstMode方法在提高待机效率的同时，也带来一些问题，首先是频率降低导致输出电压纹波的增加，其次如果频率降至20kHz以内，可能有音频噪音。而在BurstMode的OFF时期内，如果负载激增，输出电压会大大降低，如果输出电容不够大，电压甚至可能降低至零。如果增大输出电容，以减小输出电压纹波，则会导致成本增加，并会影响系统动态性能。因

7、此必须综合考虑。