能有效減少外置電源能量消耗問(wèn)題是目前工程師面臨的一大問(wèn)題。當(dāng)代電子技術(shù)也有一些能減少能量消耗，但還是不理想。需要進(jìn)一步開(kāi)發(fā)新技術(shù)要改善目前的局面。從而有效減少外置電源的能量消耗。

    政府機(jī)構(gòu)和公用事業(yè)公司提出了一系列的法規(guī)和措施，來(lái)鼓勵(lì)工程師開(kāi)發(fā)效率更高的產(chǎn)品，尤其是在使用外置電源的時(shí)候。要滿足這些法規(guī)，半導(dǎo)體公司將發(fā)揮關(guān)鍵作用，它們不斷推出可降低待機(jī)功耗、提高效率的產(chǎn)品來(lái)達(dá)到法規(guī)的要求。


    使用外置電源的產(chǎn)品非常廣泛，如筆記本電腦、打印機(jī)、調(diào)制解調(diào)器、電池充電器等。雖然這些產(chǎn)品的單個(gè)功耗不大，但其數(shù)量巨大、使用頻繁，效率每提高一個(gè)百分點(diǎn)所節(jié)約的能源也是非常可觀的。據(jù)美國(guó)環(huán)境保護(hù)署的能源之星計(jì)劃估算，提高這些產(chǎn)品的電源效率每年可節(jié)能3200萬(wàn)千瓦時(shí)。


   能源之星計(jì)劃始于20世紀(jì)90年代，其目的是通過(guò)提高消費(fèi)類電子產(chǎn)品在關(guān)閉或待機(jī)時(shí)的效率來(lái)節(jié)能。該計(jì)劃在2001年進(jìn)行了擴(kuò)展，提出了1w議案，要求一些家電和消費(fèi)類電子產(chǎn)品在接到交流市電并待機(jī)時(shí)的功耗小于1w。


要達(dá)到能源之星的標(biāo)準(zhǔn)，一個(gè)產(chǎn)品必須滿足在“開(kāi)啟”或工作模式，以及“關(guān)閉”或無(wú)負(fù)載(電源已經(jīng)接到交流市電，但未連接設(shè)備)兩種狀態(tài)下的效率標(biāo)準(zhǔn)。


   能源之星對(duì)外置電源的測(cè)試方法會(huì)在工作模式測(cè)量在輸出標(biāo)稱電流的100%、75%、50%、25%時(shí)的效率，然后計(jì)算四種狀態(tài)下的測(cè)試平均值，在此基礎(chǔ)上，再利用表1的公式確定最小的平均效率。 


   現(xiàn)在已經(jīng)有一些具有成本效益的成熟方案可滿足上述要求。僅僅在幾年前，笨重的60hz變壓器、線性穩(wěn)壓器還被認(rèn)為是容易設(shè)計(jì)且性價(jià)比高的方案。然而，這種設(shè)計(jì)不能滿足新的標(biāo)準(zhǔn)。大多數(shù)外置電源都采用了開(kāi)關(guān)模式來(lái)提高效率。出于對(duì)外置電源模塊功率級(jí)別的考慮，人們通常選用反激式轉(zhuǎn)換器這種拓?fù)洌�這種拓樸可以使用集成的功率開(kāi)關(guān)，如fairchild power switch(fps)。


   高電壓fet與控制器封裝在一起，從而減少了器件數(shù)量、成本和電路板面積。使用固定頻率反激式轉(zhuǎn)換器，可以將使用60hz變壓器的外置電源的效率，從45%～59%提高到75%～85%，而且還有進(jìn)一步提高效率的辦法。例如，采用準(zhǔn)諧振技術(shù)可以減少主開(kāi)關(guān)fet中的開(kāi)關(guān)損耗，可以將效率提高最多5%，為更好地理解這一點(diǎn)，可以回顧一下硬開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)換器的工作過(guò)程。
當(dāng)fet關(guān)斷時(shí)，包括fet的coss等在內(nèi)的寄生電容、變壓器電容、反射回來(lái)的二極管電容將會(huì)充電。當(dāng)fet重新回到導(dǎo)通狀態(tài)時(shí)，這些寄生電容又會(huì)對(duì)fet放電，由此導(dǎo)致的很大的峰值電流是開(kāi)關(guān)損耗的主要原因。


    然而，在準(zhǔn)諧振轉(zhuǎn)換器中，控制器會(huì)檢測(cè)fet的源漏極間的電壓，控制器僅在源漏極間的電壓最小時(shí)的第一個(gè)波谷處使fet導(dǎo)通，開(kāi)關(guān)頻率與振蕩器無(wú)關(guān)，而是取決于主電感、電容、輸入電壓和輸出功率。

    準(zhǔn)諧振開(kāi)關(guān)方式大大削減了電流尖峰，從而也就減小了開(kāi)關(guān)損耗和emi。采用這種設(shè)計(jì)，可以實(shí)現(xiàn)零電壓、高效率，并減小開(kāi)關(guān)fet上的應(yīng)力。

    幾種辦法可以提高待機(jī)模式的效率，這些方法通常都采用降低開(kāi)關(guān)頻率的技術(shù)，因?yàn)樵诖龣C(jī)狀態(tài)下，開(kāi)關(guān)損耗占了總損耗的大部分，并且與頻率直接相關(guān)。

    如果反激式電源工作在非連續(xù)模式下，輸出二極管的開(kāi)關(guān)損耗會(huì)很低，因?yàn)樵陔妷悍�轉(zhuǎn)之前，流過(guò)二極管的電流為零。初級(jí)側(cè)fet的開(kāi)關(guān)損耗可以用式(1)來(lái)近似計(jì)算，其中vds是漏源電壓，fsw是開(kāi)關(guān)頻率，idspk是峰值耗盡電流，tswon和tswoff)是轉(zhuǎn)換時(shí)間。

pswfet=1/2vdsidspk fsw(tswon=tswoff) (1)

為改善待機(jī)效率，fps使用了突發(fā)模式來(lái)降低待機(jī)時(shí)的頻率。當(dāng)產(chǎn)品的負(fù)載進(jìn)一步減小，反饋電壓vfb也會(huì)減小。當(dāng)反饋電壓低于500mv時(shí)，器件會(huì)自動(dòng)進(jìn)入突發(fā)模式。主器件仍然會(huì)繼續(xù)工作，但內(nèi)部的電流限值將會(huì)降低，以限值變壓器中的磁通密度。當(dāng)反饋電壓繼續(xù)降低時(shí)，器件仍將繼續(xù)開(kāi)和關(guān)。當(dāng)反饋電壓降低到350mv時(shí)，器件將停止開(kāi)關(guān)，電源的輸出電壓將根據(jù)負(fù)載電流的大小，成比例地降低，從而使反饋電壓升高。當(dāng)vfb達(dá)到500mv時(shí)，器件將重新進(jìn)行開(kāi)關(guān)，重復(fù)上面的過(guò)程。這種突發(fā)模式的好處是可以大幅降低在待機(jī)模式下浪費(fèi)的功率。例如，在驅(qū)動(dòng)0.3w負(fù)載時(shí)，飛兆公司的fsdh321僅從市電網(wǎng)吸收0.65w的功率。

降低待機(jī)模式和活動(dòng)模式的另一種辦法是減小消耗在啟動(dòng)電阻上的功率，因?yàn)槌�非采用昂貴的切斷電路，在將電源接到交流市電時(shí)會(huì)用到啟動(dòng)電阻。大多數(shù)fps器件的內(nèi)部有一個(gè)高壓電流源，因此不需要啟動(dòng)電阻。在系統(tǒng)啟動(dòng)之后，電流源與高壓直流部分的連接會(huì)被切斷，從而節(jié)約更多的能源。本文中介紹一些目前能達(dá)到減少外置電源模塊的能量消耗問(wèn)題，還有一些技術(shù)要等工程師不斷開(kāi)發(fā)。從而改進(jìn)能量消耗問(wèn)題。