切換工作模式 - 詳解如何實現(xiàn)開關(guān)電源待機(jī)低功耗

　　3.3.1 QR→PWM

　　對于工作在高頻工作模式的開關(guān)電源，在待機(jī)時切換至低頻工作模式可減小待機(jī)損耗。例如，對于準(zhǔn)諧振式開關(guān)電源（工作頻率為幾百kHz到幾MHz），可在待機(jī)時切換至低頻的脈寬調(diào)制控制模式PWM（幾十kHz）。

　　IRIS40xx芯片就是通過QR與PWM切換來提高待機(jī)效率的。圖4是IRIS4015構(gòu)成的反激式開關(guān)電源，重載時，輔助繞組電壓大，R1分壓大于0.6V，Q1導(dǎo)通，輔助準(zhǔn)諧振信號經(jīng)過D1，D2，R3，C2構(gòu)成的延時電路到達(dá)IRIS4015的FB腳，內(nèi)部比較器對該信號進(jìn)行比較，電路工作在準(zhǔn)諧振模式。當(dāng)電源處于輕載和待機(jī)時候，輔助繞組電壓較小，Q1關(guān)斷，諧振信號不能傳輸至FB端，F(xiàn)B電壓小于芯片內(nèi)部的一個門限電壓，不能觸發(fā)準(zhǔn)諧振模式，電路則工作在更低頻的脈寬調(diào)制控制模式。

　　圖4 由IRIS4015構(gòu)成的QR/PWM反激式電源電路

　　3.3.2 PWM→PFM

　　對于額定功率時工作在PWM模式的開關(guān)電源，，也可以通過切換至PFM模式提高待機(jī)效率，即固定開通時間，調(diào)節(jié)關(guān)斷時間，負(fù)載越低，關(guān)斷時間越長，工作頻率也越低。圖5是采用NS公司的LM2618控制的Buck轉(zhuǎn)換器電路和分別采用PWM和PFM控制方法的效率比較曲線。由圖可見，在輕載時采用PFM模式的電源效率明顯大于采用PWM模式時的效率，且負(fù)載越低，PFM效率優(yōu)勢越明顯。將待機(jī)信號加在其PW/引腳上，在額定負(fù)載條件下，該引腳為高電平，電路工作在PWM模式，當(dāng)負(fù)載低于某個閾值時，該引腳被拉為低電平，電路工作在PFM模式。實現(xiàn)PWM和PFM的切換，也就提高了輕載和待機(jī)狀態(tài)時的電源效率。

　　通過降低時鐘頻率和切換工作模式實現(xiàn)降低待機(jī)工作頻率，提高待機(jī)效率，可保持控制器一直在運(yùn)作，在整個負(fù)載范圍中，輸出都能被妥善的調(diào)節(jié)。即使負(fù)載從零激增至滿負(fù)載的情況下，能夠快速反應(yīng)，反之亦然。輸出電壓降和過沖值都保持在允許范圍內(nèi)。

　　3.4可控脈沖模式（Burst Mode）

　　可控脈沖模式，也可稱為跳周期控制模式（Skip Cycle Mode）是指當(dāng)處于輕載或待機(jī)條件時，由周期比PWM控制器時鐘周期大的信號控制電路某一環(huán)節(jié)，使得PWM的輸出脈沖周期性的有效或失效，如圖6所示。這樣即可實現(xiàn)恒定頻率下通過減小開關(guān)次數(shù)，增大占空比來提高輕載和待機(jī)的效率。該信號可以加在反饋通道，PWM信號輸出通道，PWM芯片的使能引腳（如LM2618，L6565）或者是芯片內(nèi)部模塊（如NCP1200，F(xiàn)SD200，L6565和TinySwitch系列芯片）。

　　NCP1200的內(nèi)部跳周期模塊結(jié)構(gòu)見圖7，當(dāng)反饋檢測腳FB的電壓低于1.2V（該值可編程）時，跳周期比較器控制Q觸發(fā)器，使輸出關(guān)閉若干時鐘周期，也即跳過若干個周期，負(fù)載越輕，跳過的周期也越多。為免音頻噪音，只有在峰值電流降至某個設(shè)定值時，跳周期模式才有效。

　　圖7 NCP1200跳周期模塊結(jié)構(gòu)

　　而FSD200則是通過控制內(nèi)部驅(qū)動器實現(xiàn)可控脈沖模式，即將

　　腳的反饋電壓與0.6V/0.5V遲滯比較器比較，由比較結(jié)果控制門極驅(qū)動輸出，其結(jié)構(gòu)可見圖8。我們可根據(jù)此原理用分立元件實現(xiàn)普通芯片的Burst Mode功能，即檢測次級電壓判斷電源是否處于待機(jī)狀態(tài)，通過遲滯比較器，控制芯片輸出，電路如圖9所示。

　　控制反饋通道是實現(xiàn)一般PWM控制器的可控脈沖模式的方法之一。其電路可見圖10，

　　是

　　反饋信號，當(dāng)Burst Signal為低電平時，Q1關(guān)斷，

　　電路正常工作，當(dāng)Burst Signal為低電平時，Q1導(dǎo)通，R1被短路，

　　流過Q1

　　被拉高至

　　-0.6V，反饋信號

　　不能反映在

　　上，控制器因此輸出低電平。

　　另外對于有使能腳的PWM控制器，如L6565等，用可控脈沖信號控制使能腳使控制芯片有效或失效，也可以實現(xiàn)Burst Mode，上述Burst Signal可由圖1中所示的遲滯比較器產(chǎn)生。

　　圖10 控制反饋通道的Burst Mode

　　4　存在的問題

　　以上介紹的降頻和Burst Mode方法在提高待機(jī)效率的同時，也帶來一些問題，首先是頻率降低導(dǎo)致輸出電壓紋波的增加，其次如果頻率降至20kHz以內(nèi)，可能有音頻噪音。而在Burst Mode的OFF時期內(nèi)，如果負(fù)載激增，輸出電壓會大大降低，如果輸出電容不夠大，電壓甚至可能降低至零。如果增大輸出電容，以減小輸出電壓紋波，則會導(dǎo)致成本增加，并會影響系統(tǒng)動態(tài)性能。因此必須綜合考慮。