前面我們討論了反激變換器的計(jì)算以及仿真驗(yàn)證，那么我們的標(biāo)題就是低功耗目標(biāo)，如何去實(shí)現(xiàn)就是我們這篇文章需要體現(xiàn)的重點(diǎn)。

一、低功耗行規(guī)

   世界各地的能源機(jī)構(gòu)都對(duì)不斷增長(zhǎng)的電力消耗和可用的可交付能源數(shù)量感到擔(dān)憂。 世界電網(wǎng)最大的需求之一來(lái)自外部電源（EPS）； 其中包括筆記本電腦適配器以及手機(jī)和平板電腦 USB 充電器/適配器。 便攜式電子產(chǎn)品用戶每天可能使用兩到三個(gè) EPS。  

   為了幫助節(jié)約能源和減少浪費(fèi)，這些機(jī)構(gòu)制定了倡議和立法，以迫使電源設(shè)計(jì)人員開(kāi)發(fā)具有更高效率和更低待機(jī)功耗的離線電源。 EPS 最受歡迎的標(biāo)準(zhǔn)是歐洲行為準(zhǔn)則 (CoC) EPS V5 Tier 2 能效標(biāo)準(zhǔn)和美國(guó)能源部 (DoE) EPS VI 級(jí)能效標(biāo)準(zhǔn)。 CoC 標(biāo)準(zhǔn)是自愿的； 然而，歐盟 (EU) 的大多數(shù)電源制造商都在確保他們的設(shè)計(jì)無(wú)論如何都滿足其要求。 DoE 效率標(biāo)準(zhǔn)是強(qiáng)制性的。

   某些電器，尤其是那些插入交流電源的電器，即使在您表面上將其關(guān)閉后仍會(huì)繼續(xù)耗電。事實(shí)上，家庭消耗的能源中有 5% 至 15% 來(lái)自電器待機(jī)電源。節(jié)能技術(shù)有助于將待機(jī)功耗保持在零功耗水平，同時(shí)始終連接到 Wi-Fi®，這將是下一代設(shè)備的主要趨勢(shì)。

   國(guó)際電工委員會(huì) (IEC) 62301:2011 規(guī)定了在待機(jī)和相關(guān)低功耗模式（關(guān)閉模式和網(wǎng)絡(luò)模式）下測(cè)量電能消耗的方法。這些方法適用于電壓范圍全部或部分介于100VAC和250VAC（單相產(chǎn)品）和130VAC和480VAC（其他產(chǎn)品）之間的電氣產(chǎn)品。 IEC 62301:2011 的第 4.5 條將小于 5mW 的測(cè)量歸類為零功率，這現(xiàn)在是零功率營(yíng)銷活動(dòng)的基礎(chǔ)，作為電子設(shè)備和電器中空載待機(jī)功耗的目標(biāo)。符合此 IEC 要求的產(chǎn)品可以獲得零功率標(biāo)簽。

   表 1 和表 2 列出了低電壓/低功率 EPS 的 CoC 和 DoE 備用電源要求。 您可以看到歐盟的自愿性規(guī)范比 DoE 的強(qiáng)制性規(guī)范要嚴(yán)格一些。 在這個(gè)功率范圍內(nèi)，設(shè)計(jì)人員通常使用反激式轉(zhuǎn)換器作為離線電源轉(zhuǎn)換器。 具有更高集成電路 (IC) 待機(jī)電流的更傳統(tǒng)的固定頻率脈寬調(diào)制 (PWM) 控制器將難以滿足任一規(guī)范。 單獨(dú)啟動(dòng)這些較舊的 PWM 控制器時(shí)，涓流充電自舉電阻引起的功耗可能會(huì)導(dǎo)致設(shè)計(jì)無(wú)法滿足備用電源要求。

二、目前控制器現(xiàn)狀

這些轉(zhuǎn)換器中使用的一些廣泛采用的創(chuàng)新包括：

1) 谷值開(kāi)關(guān)或準(zhǔn)諧振開(kāi)關(guān)，以減少開(kāi)關(guān)損耗和 EMI 濾波。

2) 可變頻率控制，可降低部分輸出功率水平下的開(kāi)關(guān)損耗，這對(duì)于降低待機(jī)功耗尤其重要。3) 高頻操作，減小了磁性元件的尺寸。

4) 減少零件數(shù)量和成本的磁反饋與光反饋。 這也稱為初級(jí)側(cè)調(diào)節(jié) (PSR)，這意味著系統(tǒng)的電壓參考位于電源初級(jí)側(cè)的 PWM 控制器內(nèi)。

5) 基于初級(jí)的輸出電流控制——通過(guò)了解初級(jí)側(cè)開(kāi)關(guān)電流和變壓器電流的時(shí)序，可以獲得準(zhǔn)確的輸出電流限制。

6) 前饋輸出補(bǔ)償，也稱為電纜補(bǔ)償，可改善將電源連接到負(fù)載的電阻電纜末端的輸出電壓調(diào)節(jié)。

圖3

常見(jiàn)低功率 AC/DC 反激式轉(zhuǎn)換器的基本組件如圖 3 所示。 電源的關(guān)鍵元件是：

1) 反激變壓器，包括初級(jí)繞組、次級(jí)繞組和用于為初級(jí)控制電路供電的自舉或輔助繞組。 輔助繞組電壓還包含有關(guān)輸入和輸出電壓以及輸出整流器導(dǎo)通時(shí)間的信息。 變壓器在初級(jí)和次級(jí)電路之間提供電壓轉(zhuǎn)換和電流隔離。

2) PWM 控制器和電源開(kāi)關(guān)。 控制器使用峰值電流和頻率控制進(jìn)行調(diào)節(jié)，并需要一種在首次施加線路電壓 (VAC) 時(shí)啟動(dòng)的方法。

3) 在許多非 PSR 反激式中，TL431 和光耦合器為控制器提供參考和放大/濾波反饋信號(hào)。 當(dāng)必須在初級(jí)和次級(jí)域之間保持電流隔離時(shí)使用光耦合器。

三、待機(jī)損耗分析

   許多電源，尤其是那些用于消費(fèi)類應(yīng)用的電源，會(huì)在待機(jī)模式下花費(fèi)大量時(shí)間。 24/7 全天候插入墻壁，等待需要“醒來(lái)”并做自己的事情。 需要立即準(zhǔn)備好從空載或接近零負(fù)載狀態(tài)節(jié)流到滿載狀態(tài)，這導(dǎo)致了待機(jī)能耗的持續(xù)水平。 構(gòu)建一個(gè)能夠處理 mWatts 到 Watts 負(fù)載范圍同時(shí)最小化增加 mWatts 的電源是一個(gè)挑戰(zhàn)。

1、功耗的分類

與開(kāi)關(guān)工作無(wú)關(guān)的損耗：

1）無(wú)功電流造成的損耗

2）啟動(dòng)損耗

2、與開(kāi)關(guān)工作有關(guān)的損耗

具體的有哪些損耗我們通過(guò)實(shí)例來(lái)分析：

1、輸入部分的損耗

從具體例子中我們看到分為兩種情況，對(duì)于大功率ACDC變換器而言，我們常用左邊電路拓?fù)?，在待機(jī)過(guò)程中X電容泄放電阻、RT損耗、共模電感造成的損耗都會(huì)記入待機(jī)功耗之中。

2、啟動(dòng)損耗

該損耗目前市面上有很多控制IC已經(jīng)進(jìn)行內(nèi)部集成了，可以避免因啟動(dòng)造成的損耗

3、與開(kāi)關(guān)有關(guān)的損耗

這個(gè)不難想到——MOSFET，根據(jù)公式：

但是目前市面上的IC控制器都具有輕載BURST模式，空載頻率可以降低到20KHz左右，能夠極大減小MOS管在空載時(shí)的損耗。

4、鉗位電路的損耗

鉗位電路也分為低功率段和高功率段，一般而言高功率段采用左邊吸收電路，低功率段采用右邊帶有TVS二極管電路。主要損耗還是來(lái)自于RC放電回路的損耗，尤其在空載時(shí)，每一次開(kāi)關(guān)均會(huì)產(chǎn)生損耗。

從波形中看到，采用TVS二極管的電路電容器上的紋波比較小，那么所帶來(lái)的損耗也是較小的，但是在大功率場(chǎng)合，TVS管需要承受較大功率，會(huì)增加其體積以及溫升也比較高，所以中小功率可以嘗試該方法來(lái)減小空載功耗。

5、供電繞組的損耗

在待機(jī)過(guò)程中，輔助繞組任然會(huì)為控制IC供電以達(dá)到隨時(shí)準(zhǔn)備啟動(dòng)，其待機(jī)電壓過(guò)高會(huì)導(dǎo)致IC損耗加大，所以一定要控制電壓在合適水平。

6、變壓器相關(guān)損耗

由于待機(jī)時(shí)有效工作頻率很低，并且一般限流點(diǎn)很小，磁通變化小，磁芯損耗很小，對(duì)待機(jī)影響不大，但是繞組的影響不可忽略。

1）變壓器繞組引起的損耗

該層間繞組所產(chǎn)生的的分布電容會(huì)引起MOS管開(kāi)啟時(shí)的電流尖峰，如圖

該尖峰的大小受到層間電容大小的影響，層間電容越大，電流尖峰越高，有公式：

那么咋解決這個(gè)問(wèn)題呢，我們可以在層與層之間增加膠帶來(lái)降低分布電容：

7、輸出鉗位電路損耗

在輸出端一般是肖特基二極管，為了改善EMC特性，我們一般會(huì)增加RC吸收其尖峰，所以RC也會(huì)帶來(lái)?yè)p耗

具體損耗波形如下：

8、輸出反饋部分的損耗

其實(shí)根據(jù)實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，反饋環(huán)節(jié)的損耗尤為重要，第一他決定了空載環(huán)路的穩(wěn)定性，空載環(huán)路要是不穩(wěn)定，就算你的IC具有burst模式，打的脈沖數(shù)量有時(shí)多有時(shí)少的話，也會(huì)帶來(lái)空載功耗偏高的情況，第二反饋環(huán)路的器件、RC電路持續(xù)工作，就算有BURST模式，反饋環(huán)路的電壓均為輸出電壓，所帶來(lái)的損耗是持續(xù)性的。

通過(guò)實(shí)際調(diào)試發(fā)現(xiàn)，TL431以及光耦的性能決定了最終空載功耗的大小。原因如下：

1）選用高CTR光耦，如PC817B/C/D，光耦CTR越大也就說(shuō)明可以加大RLED來(lái)減小流過(guò)光耦的電流，那么響應(yīng)光耦的損耗就減小了；

2）選用低電流工作的431，目前市面上有一款TI的ATL432基準(zhǔn)電源IC，其封裝與TL431PIN對(duì)PIN，其工作電流僅uA級(jí)別，所以可以取消偏置電阻帶來(lái)的損耗，而且ATL432的基準(zhǔn)電流也很小，可以增大采樣電阻，減小流入電阻的電流，從而減小損耗。

具體參數(shù)如下：

本次項(xiàng)目也采用了PC817B+ATL432的反饋回路，能夠?qū)⒖蛰d功耗降低至0.1W以內(nèi)，具體實(shí)測(cè)如下：

文末我會(huì)將原理圖以上傳，歡迎大家下載。