選擇滿足行業(yè)在效率和待機(jī)功率標(biāo)準(zhǔn)要求的電源芯片

世界各地的能源機(jī)構(gòu)都在關(guān)注不斷增長的電力消耗和可用能源的數(shù)量。世界電網(wǎng)最大的需求之一來自外部電源（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 EPS。

為了幫助節(jié)約能源和減少浪費，這些機(jī)構(gòu)制定了倡議和立法，以迫使電源設(shè)計人員開發(fā)具有更高效率和更低待機(jī)功耗的離線電源。EPS 最流行的標(biāo)準(zhǔn)是歐洲行為準(zhǔn)則 (CoC) EPS V5 Tier 2 能效標(biāo)準(zhǔn)和美國能源部 (DoE) EPS VI 級能效標(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)計無論如何都滿足其要求。美國能源部效率標(biāo)準(zhǔn)是強(qiáng)制性的。

這兩個標(biāo)準(zhǔn)都將其要求分為功率和電壓范圍。在這篇文章中，我將重點關(guān)注低電壓 (<6V) 和低功率 (<250W) 效率和待機(jī)功率要求。

表 1 和表 2 列出了低電壓/低功率 EPS 的 CoC 和 DoE 待機(jī)功率要求?？梢钥吹?，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。設(shè)計人員通常使用反激式轉(zhuǎn)換器作為此功率范圍內(nèi)的離線電源轉(zhuǎn)換器。具有較高集成電路 (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。單獨啟動這些較舊的 PWM 控制器時，涓流充電自舉電阻器引起的功耗可能會導(dǎo)致設(shè)計無法滿足待機(jī)功耗要求。

表 1：CoC Tier 2 EPS 低電壓、備用電源要求

表 2：DoE VI 級 EPS 低電壓、備用電源要求

為了滿足這些需求，德州儀器 (Texas Instruments) 等 PWM 制造商開發(fā)了具有較低待機(jī)電流的 IC，從而可以使用更高阻抗的涓流充電電阻器來降低待機(jī)功耗 (UCC28704)。UCC28704 離線反激控制器是一款高度集成的 6 引腳一次側(cè)穩(wěn)壓脈寬調(diào)制 (PWM) 控制器，旨在設(shè)計符合全球效率標(biāo)準(zhǔn)的高效 AC 轉(zhuǎn) DC 電源。此控制器啟動時的電流消耗超低，可使設(shè)計獲得低于 30mW 的無負(fù)載輸入功率，并且節(jié)省待機(jī)模式能耗。憑借智能一次側(cè)感應(yīng)和控制功能，無需使用光電耦合器或二次側(cè)反饋電路即可將輸出電壓和電流控制在 5% 的變化范圍內(nèi)。他們還開發(fā)了 PWM 控制器 (UCC28730) 內(nèi)部的綠色啟動電路，該電路僅在初始上電時消耗功率，同時也降低了待機(jī)功率。

此外，初級側(cè)穩(wěn)壓控制器（例如 UCC28704 和 UCC28730）通過初級與次級變壓器匝數(shù)比調(diào)節(jié)輸出，并且不需要光隔離器反饋，從而進(jìn)一步降低了待機(jī)功耗。

過去，設(shè)計人員會專注于最大負(fù)載效率，而不會花太多時間評估整體效率。這主要是因為功耗和功率密度要求。為了幫助提高 EPS 整體效率，CoC 規(guī)定了四點效率和 10% 負(fù)載效率（表 3）。平均效率基于電源在 25、50、75 和 100% 負(fù)載下的平均效率。正如我之前提到的，DoE 平均效率標(biāo)準(zhǔn)（表 4）沒有 CoC 標(biāo)準(zhǔn)那么嚴(yán)格，并且不包括 10% 的負(fù)載效率要求。DoE 標(biāo)準(zhǔn)確實計算了與 DoE 相同的負(fù)載點處的平均效率。請注意在表 1 到表 4 中，變量 P no代表電源銘牌輸出功率。傳統(tǒng)的固定頻率反激式轉(zhuǎn)換器難以滿足這些效率標(biāo)準(zhǔn)，主要是由于開關(guān)損耗。

表 3：CoC Tier 2 EPS 低壓平均和 10% 效率規(guī)范

表 4：DoE EPS 低壓平均效率規(guī)格

為了幫助滿足 1W-25W 范圍內(nèi)的效率要求，反激式控制器采用 FM/AM/FM 調(diào)制方案設(shè)計。這些控制器調(diào)制轉(zhuǎn)換器的開關(guān)頻率 (FM) 和初級峰值電流 (AM)，以控制離線轉(zhuǎn)換器的占空比周期，降低功率轉(zhuǎn)換器的平均開關(guān)和傳導(dǎo)損耗。為了進(jìn)一步提高效率，這些控制器使用谷底開關(guān)來降低開關(guān)損耗。

在 25W-250W 范圍內(nèi)，設(shè)計人員通常使用準(zhǔn)諧振反激式控制器。這些控制器本質(zhì)上是軟開關(guān)，具有降低的開關(guān)損耗。其中一些控制器將具有突發(fā)模式操作和電源管理功能，以提高整體效率并降低待機(jī)功耗。電源管理的一個示例是在輕載時關(guān)閉功率因數(shù)校正 (PFC) 預(yù)調(diào)節(jié)器，這是一些反激式控制器所具有的功能。75W以下不需要PFC，將其關(guān)閉會提高75W以下的系統(tǒng)效率，降低待機(jī)功耗。

隨著世界消耗越來越多的電力，符合 EPS V5 Tier 2 和美國 (DoE) EPS Level VI 效率標(biāo)準(zhǔn)變得勢在必行。具有較低待機(jī)電流的 PWM 控制器有助于降低待機(jī)功耗。

確保我們符合標(biāo)準(zhǔn)并了解有關(guān) TI PWM 控制器的更多信息。