實現(xiàn)交流-直流電源的極低或零待機(jī)功耗
出處:維庫電子市場網(wǎng) 發(fā)布于:2024-10-10 17:09:31 | 479 次閱讀
初級側(cè)調(diào)節(jié)通過偏置繞組使用磁反饋來閉合反饋環(huán)路。這使其成為最具成本效益的隔離式離線拓?fù)渲?,因為連接到偏置繞組的簡單電阻分壓器足以調(diào)節(jié)輸出電壓。本文重點關(guān)注如何實現(xiàn)初級側(cè)調(diào)節(jié) QR 反激式的低待機(jī)功耗。
原邊調(diào)節(jié)反激式
圖 1:初級側(cè)調(diào)節(jié)反激式圖 1 顯示了 Texas Instruments 的 PS QR 反激式控制器 (UCC28710) 的原理圖。準(zhǔn)諧振操作利用由電路寄生效應(yīng)和初級電感引起的諧振振鈴來降低開關(guān)損耗(參見圖 2:開關(guān)節(jié)點電壓)。
變壓器磁芯完全消磁后(次級側(cè)電流已斜坡下降至零),將出現(xiàn)由初級電感和存儲在寄生開關(guān)節(jié)點電容中的能量引起的諧振振鈴。控制器檢測諧振振鈴的波谷并開啟MOSFET。開關(guān)頻率發(fā)生變化,以使開關(guān)事件發(fā)生在波谷。谷底處的較低開關(guān)節(jié)點電壓降低了開關(guān)損耗。
圖 2:開關(guān)節(jié)點電壓(初級 MOSFET 的漏極至源極電壓)待機(jī)電源的組成
總待機(jī)功耗由兩個主要部分組成。
能量,每個開關(guān)周期從輸入中獲取。
啟動電路丟失。
輸入橋式整流器和大容量電容器的漏電損耗對總損耗也有一定影響,但它們非常?。词馆斎腚妷簽?230VAC,通常也低于 1mW),并且僅在實現(xiàn)零待機(jī)功耗時才需要考慮。
寄生開關(guān)節(jié)點電容和緩沖網(wǎng)絡(luò)也會增加待機(jī)功耗的額外損耗。
最小循環(huán)能量
控制器在每個開關(guān)周期從輸入中獲取最少的能量,稱為最小周期能量。最低可能的最小循環(huán)能量的兩個限制因素是最小可控接通時間t on_min和最小開關(guān)頻率f sw_min。 t on_min不能受設(shè)計者影響。該時間主要由前沿消隱時間決定,并在數(shù)據(jù)表中給出。相反,f sw_min可以由設(shè)計者選擇。通常,控制器的最小可能開關(guān)頻率或所需的瞬態(tài)響應(yīng)定義為 f sw_min。不幸的是,低待機(jī)功耗和快速瞬態(tài)響應(yīng)之間需要權(quán)衡。 f sw_min越低,待機(jī)功耗越低,但這會對瞬態(tài)響應(yīng)產(chǎn)生負(fù)面影響。
為什么會這樣呢?初級側(cè)調(diào)節(jié)器不會持續(xù)監(jiān)控輸出電壓??刂破髟诿總€開關(guān)周期僅對輔助電壓采樣一次,以控制輸出電壓。在其余時間里,控制器是盲目的。檢測負(fù)載瞬態(tài)可能需要一段時間,這意味著瞬態(tài)響應(yīng)在較長的時間段和較低的開關(guān)頻率下會更差。
啟動電路
有一種電阻啟動方法,該方法會導(dǎo)致待機(jī)功耗大幅增加,因為啟動電阻器永久連接到非常高的體電壓 VBLK,從而允許電阻器中耗散功率。對于低待機(jī)功耗應(yīng)用,必須使用主動啟動方法,如控制器 UCC28710(參見圖 1)。原理很簡單,用常開器件(通常是耗盡型 FET)代替啟動電阻。一旦輸出電壓上升,控制器即可關(guān)閉啟動 FET。這顯著降低了啟動電路中的損耗。
TVS 緩沖網(wǎng)絡(luò)
對于低待機(jī)功耗應(yīng)用,最好使用 TVS 緩沖器而不是 RCD(電阻器、電容器、二極管)緩沖器。雖然 TVS 緩沖器更昂貴,但它實現(xiàn)了更高的效率,因為在 TVS 陰極電壓達(dá)到 Vin+Vclamp 之前功率不會耗散。
選擇正確的二極管也非常重要 - 如果TVS緩沖器用于谷底開關(guān)拓?fù)洌瑒t超快二極管非常重要。在一些低功耗應(yīng)用中,可以放棄緩沖網(wǎng)絡(luò)。這將進(jìn)一步降低待機(jī)功耗。
寄生開關(guān)節(jié)點電容
寄生開關(guān)節(jié)點電容C SN對待機(jī)功率也有影響。 C SN是 MOSFET (C oss )、變壓器、緩沖二極管、輸出二極管和布局的寄生電容之和。主導(dǎo)部分是 MOSFET 輸出電容 C oss。每個開關(guān)周期能量EIN_PAR ( E IN_PAR = C SN *V BULK 2 ) 存儲在C SN中。該能量的一部分在開關(guān)和緩沖器中耗散。剩余的能量被傳送到輔助和次級輸出。降低 CSN 有助于實現(xiàn)非常低的待機(jī)功耗。
最小負(fù)載要求
如果循環(huán)能量沒有被吸收,那么輸出電壓就會失去調(diào)節(jié),并且在輸出空載時會增加。通過在輸出上施加最小負(fù)載(通常以電阻器的形式)可以防止這種情況。事實上,較大的預(yù)負(fù)載可以改善瞬態(tài)響應(yīng),但會增加待機(jī)功耗。如果次級側(cè)部件能夠承受更高的輸出電壓,則可以使用非常低的最小負(fù)載,從而降低待機(jī)功耗。
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