1 引言

節(jié)約能源的需要極大地推動了離線電源低待機功耗的發(fā)展。全球許多國家都在采用綠色模式標準。歐盟行為準則 (EU Code of Conduct) 就是一個不錯的例子，其具有非常嚴格的待機功耗規(guī)范。2001 年，歐洲的離線轉(zhuǎn)換器輸入待機功耗被規(guī)定在 1W 左右，到了 2007 年，大多數(shù)應用的待機功耗要求低于 0.5W。在離線電源中，設計人員已通過使用減少開關(guān)損耗的準諧振轉(zhuǎn)換器及頻率返送技術(shù)滿足了這些規(guī)范?？墒褂玫拿宽椉夹g(shù)都將用于消除電源在待機模式下的損耗，甚至是自舉電路帶來的功耗也會使電源無法滿足這些嚴格的待機輸入功耗要求。該應用報告對僅在啟動期間有一定功耗的自舉電源技術(shù)進行了評論，并使?jié)M足這些新的綠色模式規(guī)范的要求變得更輕松。

表 1 2001 年至 2007 年歐盟行為準則

2 傳統(tǒng)的自舉電路

圖 1 顯示了一款由脈沖寬度調(diào)制器 (PWM) 控制的離線反向轉(zhuǎn)換器。該轉(zhuǎn)換器的輸入為一個 85V (VIN(min)) 到 265V RMS (VIN(max)) 的通用輸入。該示意圖顯示了 PWM 控制器的偏置電壓 (VAUX) 是由一個反激式變壓器的輔助繞組提供。電阻器Rt 和 CHOLD 形成自舉電路。

圖 1 采用傳統(tǒng)自舉啟動的離線電源

3 傳統(tǒng)自舉電路存在的問題

一旦器件對開關(guān) FET 進行有源驅(qū)動，PWM 控制器將消耗大約 0.25W 的功耗。通常，要對保持電容 (CHOLD) 的大小進行規(guī)定，以在電源啟動時為該器件提供電源。在大多數(shù)應用中，CHOLD 的大小介于 50μF 至 100μF 之間。就該例子而言，我們將使用最壞情況下的 100μF 持續(xù)電容。該例子中的 PWM 具有一個大約 9V 的啟動閾值，和大約 500μA 的啟動電流。設計人員可以使用一個82-kΩ 的電阻器作為一個連續(xù)補充充電電阻器。這樣可以容許大約 1.5mA 至 4.5 mA 的連續(xù)補充充電電流對保持電容器充電。Rt﹑CHOLD 以及 PWM 控制器的啟動閾值決定了啟動所需的最短時間。該配置中的自舉電路能在大約 200ms 到 640ms 的時間內(nèi)進行啟動。唯一的問題在于 82-kΩ 電阻器在最大輸入電壓 (VIN(max)) 情況下可能要消耗大約 1.7 W (PRT) 的功耗，且未能通過歐盟待機模式行為準則。

設計人員可能采用的另一個方法是為連續(xù)補充充電電阻分配一個功率預算 (PLIM)，從而通過 EU 規(guī)范。就這個設計例子而言，我們?nèi)菰S連續(xù)補充充電電阻消耗 0.1W 的最大功耗。這就需要一個大約 1.4MΩ 的連續(xù)補充充電電阻 (Rt)。這種方法唯一的問題在于電源將需要大約 3 到 11 秒的時間開啟電源轉(zhuǎn)換器。而這對于大多數(shù)應用來說時間太長了。

4 解決方案

可以對圖 2 中的電路進行配置，從而為離線電源轉(zhuǎn)換器提供一個快速啟動，同時在上電之后功耗極低，甚至沒有功耗。這就使設計人員更輕松地滿足待機功耗要求。該電路需要一個快速啟動，以保持正常運行。大多數(shù)離線電源都具有一個電源開關(guān) (S1)，當開關(guān)開啟時，其將輸入功耗迅速加載于電路。

圖 2 低功耗待機自舉電路

該電路構(gòu)成了一個定時串聯(lián)旁路穩(wěn)壓器。電氣組件 R1 和 C1 組成自舉電路的時序。電阻器 R2 、R3 以及并聯(lián)穩(wěn)壓器 D2 設定啟動時的 VAUX 電壓。一旦電路暫停運行，它將被關(guān)閉，進入無功耗模式，從而使設計人員的設計滿足綠色模式規(guī)范要求。當 C1 放電時，二極管 D1 將以一個負電壓保護電路中的其他電氣組件。電阻器 R4 限制了流入 Q4 的電流，從而使晶體管保持在其安全工作區(qū)域內(nèi)。該電路的配置并不困難，并且可以根據(jù)下列的方程式進行配置。

規(guī)定了 VSHUNT 的大小，將輔助電壓 (VAUX) 設為剛好高于控制器件的 UVLO 開啟閾值。在串聯(lián)旁通穩(wěn)壓器暫停運行之前，該電壓一直為控制器件提供電源。一旦電路暫停運行，晶體管 Q1 將關(guān)閉，同時自舉電路將不再有任何功耗并節(jié)約能源，從而使?jié)M足綠色模式規(guī)范要求變得更輕松。

通過選用 R3，并知道并聯(lián)穩(wěn)壓器 D2 的內(nèi)部參考 (VREF)，可以計算出 R2 的值。

對電阻器 R1 的大小做出規(guī)定，以為并聯(lián)穩(wěn)壓器器提供一個偏置電流 (IBIAS(D2))。應對該電阻器的大小做出規(guī)定，以容許最少 3 到 4 倍的最小偏置電流（該最小偏置電流為并聯(lián)穩(wěn)壓器產(chǎn)品說明書的推薦值）。這一電阻器可能由若干個串聯(lián)電阻器組成，以滿足 375V 的高輸入電壓要求。

根據(jù)電路啟動所需的自舉時間 (tBOOT) 規(guī)定電容器 C1 的大小。5 個 RC 時間常量后，自舉電路將暫停運行。

5 自舉電路性能

在一個配置有圖 2 中 所示組件的離線反向電路中，構(gòu)建自舉電路并對其進行測試。保持電容 (CHOLD) 為兩個并聯(lián)的 47-μF 電容。該電路在試驗室中完成構(gòu)建和測試。將 120V 和 375V 的 dc 應用于輸入端，對電路進行測試。這些輸入電壓為該設計最小及最大線壓的峰值輸入電壓。測試顯示，自舉電路能夠受以大約 50ms 到 100ms 的時間為該器件供電。與圖 1 所示的連續(xù)補充充電電阻器技術(shù)相比，這大約快了 6 到 10 倍的時間。自舉電路在大約 400ms 后暫停運行?？梢酝ㄟ^范圍圖中的 V1 跡線，觀察到這一現(xiàn)象。

圖 3 將 120V DC 應用于輸入端進行啟動

圖 4 將 375V DC 應用于輸入端進行啟動

6 結(jié)論

在離線電源設計中，對待機功耗要求越來越嚴格和苛刻。到 2007 年，歐盟待機功耗行為準則將其降至低于 0.5W?，F(xiàn)在，正使用頻率返送以及 0 電壓和 0 電流開關(guān)技術(shù)來滿足這些規(guī)范。設計人員需要消除任何可能的損耗，從而滿足這些要求。上述的自舉電路比傳統(tǒng)方法更為快速。啟動之后，該電路也會自行關(guān)閉，這就消除了不必要的功耗，并使設計人員更輕松地滿足綠色模式規(guī)范。