摘要：功耗值得是功率的損耗，指設備、器件等輸入功率和輸出功率的差額。功率的損耗。電路中通常指元、器件上耗散的熱能。有時也指整機或設備所需的電源功率。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。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。本文簡要介紹提高開關電源待機效率的方法。文章發表在《中國機械》上，是機械工程師論文發表范文，供同行參考。

　　關鍵詞：損耗開關 電源效率 構成

　　功耗同樣是所有的電器設備都有的一個指標，指的是在單位時間中所消耗的能源的數量，單位為W。不過復印機和電燈不同，是不會始終在工作的，在不工作時則處于待機狀態，同樣也會消耗一定的能量(除非切斷電源才會不消耗能量)。因此復印機的功耗一般會有兩個，一個是工作時的功耗，另一個則是待機時的功耗。

　　一、引言

　　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.而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。

　　二、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寄生電容損耗，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。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。

　　2001年，歐盟要求額定輸出功率0.3W~70W的無負載功率損耗均為1W;2005年，歐盟將該標準變為額定輸出功率0.3W~50W的無負載功率損耗為0.3W、額定輸出功率15W~70W的無負載功率損耗為0.75W。由此可以看出，大家對電器產品功耗方面的要求正日益嚴格。為了符合歐盟等組織針對產品功耗而制定的種種規范，很多新技術應運而生，主要思想是讓開關電源在負載很小或空載處于待機狀態時能夠以較低開關頻率操作。

　　三、提高待機效率的方法

　　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)。

　　(一)可控脈沖模式(BurstMode)

　　可控脈沖模式，也可稱為跳周期控制模式(SkipCycleMode)是指當處于輕載或待機條件時，由周期比PWM控制器時鐘周期大的信號控制電路某一環節，使得PWM的輸出脈沖周期性的有效或失效，如圖6所示。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系列芯片)。

　　NCP1200的內部跳周期模塊結構見圖7，當反饋檢測腳FB的電壓低于1.2V(該值可編程)時，跳周期比較器控制Q觸發器，使輸出關閉若干時鐘周期，也即跳過若干個周期，負載越輕，跳過的周期也越多。為免音頻噪音，只有在峰值電流降至某個設定值時，跳周期模式才有效。

　　而FSD200則是通過控制內部驅動器實現可控脈沖模式，即將腳的反饋電壓與0.6V/0.5V遲滯比較器比較，由比較結果控制門極驅動輸出。我們可根據此原理用分立元件實現普通芯片的BurstMode功能。控制反饋通道是實現一般PWM控制器的可控脈沖模式的方法之一。

　　另外對于有使能腳的PWM控制器，如L6565等，用可控脈沖信號控制使能腳使控制芯片有效或失效，也可以實現BurstMode，上述BurstSignal可由圖1中所示的遲滯比較器產生。

　　(二)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。

　　TI公司提供的UCC28600電源方案，在30%~100%輸出功率段，采用準諧振零電壓和固定頻率不連續模式相結合的電源控制方式，以及高達1A的驅動能力，使得反激式電源的開關損耗大為降低，整機工作效率達到85%以上;在10%~30%輸出功率段，采用固定峰值電流的關斷時間調制模式的電源控制方式，使得電源的動態負載響應和低功率段的轉換效率都得到極大的改善;同時在大約10%輸出功率段采用跳脈沖的待機控制模式，使得待機功耗低至150毫瓦特。

　　(三)降低時鐘頻率

　　時鐘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，實現時鐘頻率的線性下降。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。

　　四、存在的問題

　　以上介紹的降頻和BurstMode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BurstMode的OFF時期內，如果負載激增，輸出電壓會大大降低，如果輸出電容不夠大，電壓甚至可能降低至零。如果增大輸出電容，以減小輸出電壓紋波，則會導致成本增加，并會影響系統動態性能。因此必須綜合考慮。

　　機械工程師論文發表須知：《中國機械》雜志始創于1982年北京，現由中國工業經濟聯合會、中國工業報社主管。2012年迎來創刊30年周年華誕，并開啟了雜志專業、細分、國際化新征程這是一本中國的機械王國權威雜志，一本分享機械行業經驗的雜志。