挑戰(zhàn)更低待機(jī)功耗，NXP專(zhuān)家支招四大設(shè)計(jì)要點(diǎn)

節(jié)能減排已經(jīng)成為全球的大趨勢(shì)，在這一個(gè)趨勢(shì)下，現(xiàn)在，除了把電子設(shè)備運(yùn)行時(shí)的功耗降低外，標(biāo)準(zhǔn)組織、半導(dǎo)體廠商也在把電子設(shè)備的待機(jī)功耗進(jìn)一步，以節(jié)省更多的能耗和資金，數(shù)年前，如果說(shuō)要將電子設(shè)備待機(jī)個(gè)功耗降低到幾十毫瓦，很多人會(huì)你認(rèn)為是瘋狂的想法，而現(xiàn)在這已經(jīng)成為現(xiàn)實(shí)，而且，實(shí)際上，這還有進(jìn)一步降低的空間，近日，恩智浦半導(dǎo)體資深產(chǎn)品市場(chǎng)經(jīng)理張錫亮分享了降低功耗的四個(gè)重要舉措。

待機(jī)功耗=驚人的浪費(fèi)

據(jù)張錫亮介紹，數(shù)據(jù)顯示，平均下來(lái)，每個(gè)家庭每年僅在制冷、白家電、小家電等方面的支出就占到了40%左右，從待機(jī)功耗上測(cè)試，家庭電視機(jī)頂盒在一天待機(jī)狀態(tài)下的耗電量為0.131度，一個(gè)月按照30天算就是3.93度電，一年按365天算就是47.82度電，按照目前一度電0.52元計(jì)算，一年將多支出電費(fèi)24.87元。

如果按每個(gè)筆記本每天待機(jī)功耗0.5W計(jì)算，每年消耗的電能和資金就是

200M*0.5W*365*24=876,000MWattage/Hour=876M度=4,380MNT$=931.9MRMB=9億3千萬(wàn)人民幣！

如果按每個(gè)手機(jī)充電器待機(jī)功耗0.3W來(lái)計(jì)算，每年都消耗就是：

1500M*0.3W*365*24=3,942,000Mwattage/hour=3,942M度=19,710MNT$=4,194MRMB=41億9千萬(wàn)人民幣

可見(jiàn)待機(jī)功耗造成的浪費(fèi)是非常驚人的！實(shí)際上，在日常生活中，我們是經(jīng)常把電腦、筆記本、電視機(jī)、機(jī)頂盒、充電器置于待機(jī)狀態(tài)的，所以這些消耗是實(shí)實(shí)在在發(fā)生的。

針對(duì)待機(jī)功耗驚人的浪費(fèi)，標(biāo)準(zhǔn)組織早就著手制定嚴(yán)格的規(guī)定，這是歐盟的能效星級(jí)標(biāo)準(zhǔn)

能源之星也有類(lèi)似的規(guī)定，不過(guò)張錫亮表示，這個(gè)規(guī)定還不夠嚴(yán)苛，所以他預(yù)計(jì)能源之星會(huì)出臺(tái)更嚴(yán)苛的標(biāo)準(zhǔn)。

降低功耗的四大舉措

面對(duì)嚴(yán)格的待機(jī)功耗標(biāo)準(zhǔn)需求，半導(dǎo)體廠商各出奇招，努力降低待機(jī)功耗，張錫亮分享了NXP的四大舉措，就是：

1、采用burst模式提供輕載時(shí)的效率

所謂的BurstMode就是間歇振蕩模式，是降低待機(jī)損耗的常用手段，當(dāng)開(kāi)關(guān)頻率降低到20K附近的時(shí)候如果還要繼續(xù)減小損耗，就可以進(jìn)入Busrtmode，此時(shí)的開(kāi)關(guān)波形是振一會(huì)停一會(huì)，這樣就可以進(jìn)一步減小開(kāi)關(guān)損耗。張錫亮解釋說(shuō)，從下圖可以看出，電源的損耗在低功耗時(shí)主要由開(kāi)關(guān)損耗來(lái)主導(dǎo)，可以用burst模式來(lái)降低損耗，不過(guò)，他說(shuō)要注意選擇一個(gè)好的效率平衡點(diǎn)。

BURST模式的主要是通過(guò)對(duì)電感電流峰值最小值的鉗位來(lái)實(shí)現(xiàn)的。使能BURST模式要將MODE接低電平，讓BL」RST信號(hào)通過(guò)選擇器到SLEEP。

BURST模式的具體工作過(guò)程見(jiàn)下圖，在輕載時(shí)，主功率管對(duì)負(fù)載是過(guò)充的，電感充向負(fù)載的電流大于負(fù)載電流，多余的電流就流向輸出大電容，這導(dǎo)致輸出電壓的升高。V而的升高到Bt)RST遲滯比較器的高值時(shí)，輸出BUSRr信號(hào)翻轉(zhuǎn)，傳輸至SLEEP信號(hào)，關(guān)斷主功率管，等電感電流反向時(shí)關(guān)斷同步管，同時(shí)還關(guān)斷系統(tǒng)中其他的大部分電路，使靜態(tài)功耗降低。當(dāng)主功率管被關(guān)斷，負(fù)載電流由輸出濾波電容提供，所以輸出電壓下降，當(dāng)降到BURST遲滯比較器的低值時(shí)，BUSRf信號(hào)使能主功率管，系統(tǒng)重新進(jìn)入峰值電流鉗位狀態(tài)工作。高負(fù)載用同步整流輕負(fù)載的情況下效率要高。

2、在高負(fù)載時(shí)采用同步整流技術(shù)

同步整流是采用通態(tài)電阻極低的專(zhuān)用功率MOSFET，來(lái)取代整流二極管以降低整流損耗的一項(xiàng)新技術(shù)，它能大大提高DC/DC變換器的效率并且不存在由肖特基勢(shì)壘電壓而造成的死區(qū)電壓。因?yàn)楣β蔒OSFET屬于電壓控制型器件，它在導(dǎo)通時(shí)的伏安特性呈線性關(guān)系。用功率MOSFET做整流器時(shí)，要求柵極電壓必須與被整流電壓的相位保持同步才能完成整流功能，故稱(chēng)之為同步整流。

實(shí)際上，開(kāi)關(guān)電源的損耗主要由3部分組成：功率開(kāi)關(guān)管的損耗，高頻變壓器的損耗，輸出端整流管的損耗。在低電壓、大電流輸出的情況下，整流二極管的導(dǎo)通壓降較高，輸出端整流管的損耗尤為突出。快恢復(fù)二極管（FRD）或超快恢復(fù)二極管（SRD）可達(dá)1.0～1.2V，即使采用低壓降的肖特基二極管（SBD），也會(huì)產(chǎn)生大約0.6V的壓降，這就導(dǎo)致整流損耗增大，電源效率降低。

目前筆記本電腦普遍采用3.3V甚至1.8V或1.5V的供電電壓，所消耗的電流可達(dá)20A。此時(shí)超快恢復(fù)二極管的整流損耗已接近甚至超過(guò)電源輸出功率的50%。即使采用肖特基二極管，整流管上的損耗也會(huì)達(dá)到（18%～40%）PO，占電源總損耗的60%以上。因此，傳統(tǒng)的二極管整流電路已無(wú)法滿(mǎn)足實(shí)現(xiàn)低電壓、大電流開(kāi)關(guān)電源高效率及小體積的需要，成為制約DC/DC變換器提高效率的瓶頸。（來(lái)源：百度百科）

3、采用SOI工藝提升系統(tǒng)能效

實(shí)際上，NXP的Greenchip芯片都是采用了其獨(dú)有的SOI工藝和設(shè)計(jì)，可以大幅度提升電源系統(tǒng)的能效，與普通電源相比，可以節(jié)能達(dá)20～30％，NXP的MOSFET也是采用這個(gè)工藝技術(shù)，可以將導(dǎo)通電阻做的很低。

4、采用Multimode實(shí)現(xiàn)能效的均衡

這實(shí)際上是一種變頻的技術(shù)，具體說(shuō)來(lái)，就是在重負(fù)載下，減小PWM的頻率，這樣把開(kāi)關(guān)損耗降到最低，還可以減少EMI。

在輕負(fù)載時(shí)，則關(guān)掉PFC轉(zhuǎn)換器，提升能效，這是通過(guò)輕載是降低反激式開(kāi)關(guān)電源頻率來(lái)實(shí)現(xiàn)的，另外，張錫亮也表示可以在反饋環(huán)路中接一個(gè)更高歐姆值的梯形電阻來(lái)降低輕載時(shí)的損耗。

他也指出，在降低待機(jī)功耗的時(shí)候要注意消除噪聲

目前NXPgreenchip芯片的待機(jī)功耗測(cè)試指標(biāo)

NXP融合了上述四種技術(shù)的各類(lèi)控制器產(chǎn)品

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