振鈴 - 降低負載功耗的設計小竅門

一次側(cè) MOSFET 上使用的緩沖和鉗位控制電路是降低功耗的另一個主要方面。圖3 中常見的 RCD 鉗位通過限制 MOSFET 漏極上的電壓峰值來降低振鈴和避免過壓應力。該電壓峰值是在 MOSFET 關閉并突然中斷主繞組中的電流時由存儲在變壓器漏極電感中的電能引起的。

圖3 通過優(yōu)化鉗位控制電路來降低損耗

降低鉗位電路中電壓峰值和損耗的第一步是設計一個具有最小漏極電感的變壓器。除此以外，我們還可以增加鉗位電阻以進一步降低損耗，但這樣做同時還會增加電壓峰值幅度。在開關周期的復位階段，反射的輸出電壓被外加在會導致更多損耗的鉗位電阻兩端。使用更高電壓的 MOSFET（例如，800V 而非 600V）可為電壓峰值提供更多的裕度并且可以使用更大的電阻。然而，更高的電壓額定值就要使用更昂貴的 MOSFET 或使用具有更高導通電阻的 MOSFET（其會在較高負載時降低效率）。許多時候我們都必須要在成本、輕負載效率以及額定負載效率之間做一個折衷。在一些專門針對 10W 或低于 10W 應用而設計的電源中可完全去掉鉗位電路，從而實現(xiàn)能量的大大節(jié)約。當然，EMI 問題可能會限制漏極上所允許的振鈴的多少。

不太明顯的是，降低鉗位電容還會降低輕負載損耗。當控制器處于觸發(fā)模式運行時，鉗位電路就會在開啟狀態(tài)間進行放電。如果鉗位電容太大，那么過多的能量就會存儲起來，并在關閉狀態(tài)期間耗散掉。在一些情況下，鉗位電容在下一個開啟狀態(tài)開始前可能不會完全實現(xiàn)放電。將鉗位 RC 網(wǎng)絡的時間常數(shù)設置為開關周期的 10 倍左右是降低該損耗的一個不錯的常規(guī)法則。

另一種方法是用齊納二極管代替 RCD 鉗位。齊納二極管鉗位可以降低輕負載時鉗位中的損耗。但是，在較高負載時，齊納二極管鉗位與 RCD 鉗位相比功耗會高出許多。

4、將二次穩(wěn)壓電路的功耗降低數(shù)毫瓦

當談及待機損耗時，所有的電路都會涉及到，其中包括調(diào)節(jié)輸出的誤差放大器。圖 4 的左側(cè)部分顯示了一個 12V 電源的典型穩(wěn)壓電路。常用的?TL431?需要至少 1mA 的靜態(tài)電流來確保穩(wěn)壓。這是通過 R2 實現(xiàn)的，其通常會導致 15 mW～50 mW 的損耗。R3 和 R4 的電阻分壓器對輸出電壓進行了設置。憑借一個 12.6 kΩ 的串聯(lián)電阻，這些電阻消耗的功耗便為 11mW。

圖4 20 mW～55 mW 損耗的任何部分都可以從穩(wěn)壓電路中去除掉

圖4 的右側(cè)顯示了一種調(diào)節(jié)輸出的更高效的方法。用 TLV431 來代替 TL431，這只需要 80μA 的靜態(tài)電流就可以確保穩(wěn)壓。通過光學耦合器驅(qū)動的電流足以為TLV431 供電，因此就可以把 R2 去除掉了。TLV431 的額定最大壓為 6.3V，因此 “無經(jīng)驗設計人員設計的由 Q1、R5 和 D1 組成的線性穩(wěn)壓器”電路保護了該器件。R5 和 D1 增加了額外的 3 mW 損耗。將反饋分壓器的電阻提高 10 倍我們就可以節(jié)省 10 mW 的功耗。

5、保持精確的偏置電平

如果您仍然想竭力節(jié)約更多電力的話，那么優(yōu)化控制器的偏置電壓可能會讓您實現(xiàn)這一目標。該偏置電壓必須要足夠高，以確?？刂破髟谒胸撦d條件下都保持開啟。此外，電壓還必須要足夠高以在其被施加到柵極時增強 MOSFET。將偏置電壓設置到比控制器和 MOSFET 要求的任何更高電壓只會增大額外的損耗。

大多數(shù)控制器都會在觸發(fā)模式運行時降低其靜態(tài)電流，這樣就減少了靜態(tài)電流增加偏置電壓的相關損耗。典型的靜態(tài)電流會從正常運行時的 2 – 3mA 降為觸發(fā)運行時的 200 – 300uA。控制器產(chǎn)品說明書中規(guī)定的這一電流不包括 MOSFET 柵極的充放電電流。柵極充電電力等于偏置電壓、柵極電荷、開關頻率以及觸發(fā)模式占空比的乘積。由于柵極電荷隨偏置電壓的增加而增加，不必要的高壓會進一步增加損耗。幸運的是，觸發(fā)模式運行避免了偏置損耗過高。在大多數(shù)情況下，最小化偏置電壓可節(jié)省大約 10 mW～20 mW 的功耗。

最小化電源輕負載損耗需要仔細檢查每一個組件的功率損耗。僅僅幾毫瓦的功耗就可以決定一款產(chǎn)品是否符合能源之星標準。實現(xiàn)這些技術可以節(jié)省數(shù)百毫瓦的產(chǎn)品待機功耗。