如何降低 ACDC 設(shè)計中待機(jī)時的可聽噪聲和功耗

1.前言

為了滿足不斷變化的能源法規(guī)要求更低的待機(jī)功耗和更高的效率，工程師正在設(shè)計使用輕負(fù)載模式（例如突發(fā)模式操作）的電源。

盡管輕負(fù)載模式有助于最大限度地降低待機(jī)功耗，但它們帶來了新的挑戰(zhàn)：電源磁性元件發(fā)出高音調(diào)振鈴的可能性。如果我們曾聽過筆記本電腦電源適配器發(fā)出的這些刺激性聲音之一，那么我們就會明白為什么消除這種聲音如此重要。

為了最大限度地降低待機(jī)功耗、降低可聽噪聲并保持設(shè)計的成本效益，您需要仔細(xì)優(yōu)化整個 AC/DC 系統(tǒng)解決方案。系統(tǒng)的所有組件 - 升壓功率因數(shù)控制器 (PFC)、使用電感-電感-電容器 (LLC) 的隔離式 DC/DC 和同步整流 (SR) - 都協(xié)同工作變得越來越重要。

2.可聞噪音

在為電視或 AC/DC 適配器等消費(fèi)電子產(chǎn)品設(shè)計電源時，電源設(shè)計人員面臨著在待機(jī)模式下滿足嚴(yán)格的可聽噪聲要求的挑戰(zhàn)。在輕負(fù)載下降低待機(jī)功耗的常用方法是使用 PFC 和 LLC 控制器內(nèi)置的突發(fā)模式功能。突發(fā)模式是一種工作模式，它在輸出無負(fù)載或輕負(fù)載時周期性地禁用開關(guān)。當(dāng)負(fù)載只需要最小功率時，開關(guān)的禁用限制了電源的功耗。突發(fā)模式的一個缺點(diǎn)是突發(fā)頻率在進(jìn)入可聽范圍時可能足夠低。當(dāng)電源針對消費(fèi)類應(yīng)用時，這是一個問題——沒有人想在晚上聽到他們的電視嗡嗡聲！

UCC28056過渡模式 PFC 控制器和UCC256403 LLC 諧振控制器通過在突發(fā)期間緩慢升高和降低諧振電流，有助于防止明顯的可聽噪聲，如圖 1 所示。

圖 1：UCC256403 和 UCC256404 突發(fā)模式模式

緩慢升高或降低諧振電流幅度的能力是 UCC256403 和 UCC256404 的優(yōu)化突發(fā)模式算法的一個關(guān)鍵特性。結(jié)合混合遲滯控制，這種優(yōu)化的突發(fā)模式算法有助于最大限度地減少可聽噪聲，同時實(shí)現(xiàn)低待機(jī)功耗和一流的瞬態(tài)響應(yīng)。作為參考，可聽噪聲測量包含在“ UCC25640EVM-020 評估模塊用戶指南”的第 9.6 節(jié)（第 18 頁）中。

3.永遠(yuǎn)在線的 PFC

除了降低輕負(fù)載時的可聽噪聲外，UCC256403 和 UCC256404 與UCC28056臨界導(dǎo)通模式 PFC 控制器結(jié)合使用時，還可以進(jìn)一步提高 AC/DC 電源的輕負(fù)載性能。UCC28056 的突發(fā)模式顯著提高了輕載效率并降低了空載待機(jī)功耗。這種改進(jìn)使應(yīng)用程序能夠保持 PFC 始終開啟，同時仍能滿足嚴(yán)格的效率和待機(jī)目標(biāo)。對于美國的電視，能源之星 8.0 版要求待機(jī)無源功耗小于 0.5 W。其他地區(qū)標(biāo)準(zhǔn)，例如歐盟的生態(tài)設(shè)計指令 Lot 6，要求類似的規(guī)范。

結(jié)合 UCC256404 的集成高壓啟動功能，您無需使用輔助反激式轉(zhuǎn)換器以及啟用和禁用 PFC 所需的小信號和隔離電路。這種配置導(dǎo)致尺寸、成本和復(fù)雜性的減小。圖 2 顯示了用于電視應(yīng)用的典型 AC/DC 電源，說明了使用 UCC28056 和 UCC256403 解決方案可幫助實(shí)現(xiàn)的系統(tǒng)節(jié)省和優(yōu)勢。

圖 2：TI 用于電視應(yīng)用的 PFC-LLC-SR 系統(tǒng)，突出了 TI 芯片組的組件節(jié)省

4.同步整流

同步整流器 (SR) 甚至可以進(jìn)一步提高 AC/DC 電源的效率，通過在次級側(cè)用主動控制 MOSFET 替換整流二極管來提高效率。SR MOSFET 的傳導(dǎo)損耗明顯低于肖特基二極管的傳導(dǎo)損耗。該UCC24624是一個雙通道SR控制器特異性地與一個LLC拓?fù)涞墓ぷ髟?。該控制器具有比例柵極驅(qū)動，可延長 SR 導(dǎo)通時間以最大限度地減少體二極管導(dǎo)通，從而提高效率。此外，UCC24624 具有自動休眠模式，以進(jìn)一步降低系統(tǒng)的待機(jī)功耗。

5.結(jié)論

使用TI的方案， 將 UCC28056、UCC256404 和 UCC24624 設(shè)計為協(xié)同工作，并考慮到了系統(tǒng)級解決方案。因此，在設(shè)計滿足嚴(yán)格的待機(jī)功率和可聽噪聲標(biāo)準(zhǔn)時，我們可以期待最佳性能。