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開(kāi)關(guān)電源六級(jí)能效怎么解?-供應(yīng)IC,二極管,三極管, 高低壓MOS

發(fā)布時(shí)間:2016-09-10來(lái)源: 聯(lián)冀電子閱讀:354

近一兩年內(nèi),基本做電源產(chǎn)品都為了更新六級(jí)能效而忙碌,新規(guī)要求倒逼產(chǎn)品升級(jí)換代,是好事,也是挑戰(zhàn)。 
        關(guān)于六級(jí)能效,兩個(gè)要求:一,待機(jī)功耗
二,平均效率
        針對(duì)這兩點(diǎn),除了擁有一顆新穎的IC,還有那些細(xì)工需要注意的,扒一扒。 
        首先,先了解下標(biāo)準(zhǔn)要求: 

QQ圖片20100309011925.jpg

美國(guó)能效要求

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 一、待機(jī)功耗 

        以美國(guó)能效要求為例,要求49W以下空載功耗為0.1W,大于49W空載功耗為0.21W;歐盟49W以下為75mW,大于49W為150mW。在設(shè)計(jì)電源時(shí),相對(duì)于75mW的空載功耗,必須要精打細(xì)算到每個(gè)細(xì)節(jié)上。 以下幾點(diǎn)為顯在的固定消耗點(diǎn): 
        1,Vcc啟動(dòng)回路 
        2,X電容放電回路 
        3,IC Vcc供電回路 
        4,電壓(電流)檢測(cè)環(huán)路 
        
5,假負(fù)載首先,新出的IC大多具有HV啟動(dòng)關(guān)斷功能,啟動(dòng)后關(guān)閉啟動(dòng)電阻回路,避免此回路損耗。當(dāng)然,這屬于IC原有功能,不在本貼的主旨中,這里一帶過(guò),同時(shí)后面的一些延伸也會(huì)用到此引腳,順帶一說(shuō)。如下: 
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當(dāng)沒(méi)有HV啟動(dòng)功能的芯片時(shí),Vcc只能盡量大啟動(dòng)電阻,大的啟動(dòng)電阻又需要較快的啟動(dòng)時(shí)間時(shí),可以這樣做,Vcc兩級(jí)DC接法,C16用于啟動(dòng)儲(chǔ)能,C14用于輔助供電儲(chǔ)能,使啟動(dòng)時(shí)較大R的情況下C能更快充到IC啟動(dòng)閾值: 
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X電容放電 

        IEC60950要求1S內(nèi)電壓下降到37% 

        IEC60065要求2S內(nèi)電壓下降到35V以下 

        7.png

        例, 

        按第1條,X電容放電時(shí)間常數(shù)RC需小于1, 

        設(shè)X電容為0.33uF,Rx*Cx<1,那么Rx<3MΩ,由于電容量存在20%誤差,那么此電阻選值留足裕量,那應(yīng)在Rx*0.7內(nèi),約2MΩ。 

        電阻損耗, 

        PR=U2/R,設(shè)ACmax=264V 

        PR=2642/2M 

        PR=34.8mW 

        CoC要求49W以下75mW待機(jī)或DoE要求49W以下100mW待機(jī),不管那個(gè)標(biāo)準(zhǔn),這部份的損耗都顯得巨大。怎么辦,使用更小的X電容(當(dāng)0.1uF以下,可以不使用放電電阻),或想辦法讓這個(gè)R更靈活一點(diǎn),如下:


1,在斷電后,利用IC的HV腳對(duì)Cx進(jìn)行放電


2,沒(méi)有HV啟動(dòng)腳,將啟動(dòng)電阻接到X電容放電電阻中點(diǎn),斷電后,利用IC的Vcc腳幫助放電,可減小X電容兩端電阻的放電功率:
 

3,把EMC元件后移動(dòng),AC端不放X電容:

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Vcc供電 

 盡量小的Vcc限流電阻,減小損耗。一般擁有較寬的Vcc的芯片,只要Vcc電壓在要求范圍內(nèi),供電可不用限流電阻,

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較小的電壓標(biāo)測(cè)環(huán)流,如圖流經(jīng)R11、R16的靜態(tài)電流。
圖中兩電阻75K+7.5K,回路靜態(tài)電流約U/R=0.3mA, I2R約7.5mW。
如設(shè)為47K+4.7K,則U/R=0.49mA, I2R約12.5mW。
所以在環(huán)路允許的情況下,建議選取較大值。
 假負(fù)載 
一般為了穩(wěn)定環(huán)路在輸出預(yù)加一定的假負(fù)載,在目前6級(jí)能效來(lái)說(shuō),幾乎不能接受,假設(shè)一個(gè)5V1A的電源預(yù)加1KR電阻假負(fù)載,實(shí)際消耗P=U2/R,實(shí)際上消耗25mW的功耗,已占COC待機(jī)要求的1/3。 
所以要穩(wěn)定,設(shè)整合適的環(huán)路才是正道。

待機(jī)小結(jié):
1,從功耗上來(lái)說(shuō),極大一部份來(lái)自于高壓?jiǎn)?dòng)回路,可以從芯片功能選擇,啟動(dòng)取電的設(shè)計(jì),儲(chǔ)能與Vcc的區(qū)分來(lái)實(shí)現(xiàn)較低的消耗。
2,線路中所有元件均存在消耗,所以,對(duì)各部份具體核算功耗,再盡可能降低。
3,選用具有突發(fā)模式的IC,待機(jī)處于突發(fā)模式,損耗降低明顯。

二、效率
涉及效率,幾乎包含了電源的整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì),從整流到變壓器轉(zhuǎn)換,再到整流DC輸出所有有電流過(guò)的地方都涉及損耗,包括EMI的抑制。要提升效率就是提升整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的合理性和平衡。不再大范圍講解,主要講述一些重點(diǎn)和我們?nèi)菀缀雎缘囊恍┘?xì)節(jié)。

橋堆
橋堆的損耗是否有注意到,如下同是KBL06,有不同的Vf:
 
下面為ST品牌,同參數(shù)下Vf要低0.1V
        

12.png       
 Pdiode=Vf*Iavg input curretn        常被忽略的參數(shù),其實(shí)一直在侵食我們的效率。輸出整流二極管

14.png        輸出整流D5選用更低Vf的二極管,CCM下需要更快的Trr,如肖特基。
        Vf直接影響損耗及發(fā)熱
        較低的Vf會(huì)有小的Pd=Vf*Iout
        如下,同品牌在同等條件下參數(shù)對(duì)比:
        MBRB20100CT   Vf:0.95V
        MBR20H100CT   Vf:0.88V
        損耗差Pd=(0.95-0.88)*Iout
        當(dāng)然實(shí)際使用電流下的Vf并不一定為上面標(biāo)稱值,但兩者的差別對(duì)比,在設(shè)計(jì)效率上應(yīng)盡量用更低Vf整流二極管。

變壓器
15.png對(duì)變壓器的幾點(diǎn)要求:
1,盡量低的漏感,可降低損耗,設(shè)漏感為L(zhǎng)kp
Plk=(1/2*Lkp*Ipk
^2)*F
在確定的F情況下,較低的Ipk和Lkp可得到較低的漏感損耗
改善方法:
增加耦合面,用三明治或五明治繞線
副邊較粗的線從Bobbin兩端出線,不要橫跨線包到Pin腳,減少后面繞組的間隙,降低漏感
2,銅損、鐵損
平衡兩方損耗,監(jiān)測(cè)兩方面的溫升,調(diào)整線匝及氣隙,使溫升平均
盡量繞滿繞線窗,最大利用變壓器功率密度

合理的EMI
一般60W及以下產(chǎn)品設(shè)計(jì)合理的情況下,初級(jí)一個(gè)大感量共模,次級(jí)一個(gè)小共模可滿足一般IT類同等的EMI要求

從效率和EMI考慮上,變壓器線包內(nèi)屏蔽建議用2個(gè)銅箔分隔三明治中的初次級(jí),如再增加屏蔽效用不高
合理處理MOS及二極管上的高頻噪聲,一般串磁珠是較高效低成本的應(yīng)用
初級(jí)大電解并瓷片電容,對(duì)噪聲有很好濾除作用

PCB Layout
16.png

于效率上的影響,PCB上大的環(huán)路線路要短,線寬,盡量小的環(huán)流面積。
特別次級(jí)DC側(cè),電流要比初級(jí)大得多,線寬要控制好。35um 2mm寬1A電流走線(露銅上錫寬度減半),達(dá)不到的地方用露銅上錫加粗或在板面上加跳線增大電流。

針對(duì)六級(jí)能效,目前新IC推出很多特色功能來(lái)提升待機(jī)和能效,能滿足我們應(yīng)用的IC非常多,基本有幾個(gè)特點(diǎn):
待機(jī)方面
1,低啟動(dòng)電流,目前uA級(jí)的6Pin?;蚓逪V獨(dú)立啟動(dòng)的8Pin
2,輕載突發(fā)模式
效率方面
1,頻率反走
2,低壓升頻(變壓器可用較少規(guī)格)