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降低電源的功耗方法

待機功耗即電器設備在關斷或沒有運行主要功能時其耗電量。假設一個設備一整年下來的耗電量也不小的。雖然待機功耗看似微不足道,但如果考慮到家庭里所有電子設備的累積效應,這個數目就很可觀了。

通過有效措施提高有功模式下的效率,降低待機功耗的。一方面可以改進電源的架構,判斷系統何時處于低功耗狀態,采取措施提高效率。另一方面 提高元器件性能以優化最低功耗。

提高滿載條件下的效率,必須改變傳統的思考方式,通過降低功耗來提高滿載與輕載條件下的效率。必須重點關注架構級和元件級優化的改進,以實現最高效的設計和最低的功耗。特別需要注意的是低磁化電流變壓器設計,通過降低輕載下銅損耗來提高效率。

此外,還需要通過頂層系統回顧,以找出給定系統中的所有損耗,然后利用帶PFM或突發模式的控制器來降低輕載功耗。最后,劃分功率島區,根據需要利用負載開關來啟動/關斷子電路,也可以降低待機功耗。

功耗一般分為兩種,來自開關的動態功耗(電容充放電)和來自漏電的靜態功耗。盡可能的降低功耗,元件的選型就很重要。

  1、使用MOS管門電路,盡量少使用TTL門電路。

  2、給電路設置休眠,待機狀態,能夠進入省電模式。

  3、將電路設計最簡化。模塊分布合理,減少布線。

  4、降低工作頻率。

      5、旋轉低功耗的元件進行電路的設計開發。

電源的主控器功耗要較低,其觸發模式的一個負面影響是會導致輸出端上一個額外的低頻率紋波電壓。在開啟狀態時,輸出包括了與電源正常開關相關的典型紋波電壓。然而,在觸發頻率下會帶來更多的紋波含量。由于觸發頻率很低,用一個L-C 濾波器對其進行衰減是不切實際的。相反最好通過增加輸出電容來減少低頻輸出電壓偏離。

通過控制器降低靜態電壓。許多控制器都使用準諧振開關來提升所有負載級別下的效率。準諧振反向電源使用了由變壓器漏極電感和寄生電容形成的諧振來以更低的損耗啟動。

另一個是電源的RCD鉗位元件,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。

       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。

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

   

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k6666
LV.9
2
2021-04-17 11:28

大多數控制器都會在觸發模式運行時降低其靜態電流, 這樣就減少了靜態電流增加偏置電壓的相關損耗。典型的靜態電流會從正常運行時的2 – 3mA 降為觸發運行時的200–300uA。控制器這一電流不包括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。 觸發模式運行避免了偏置損耗過高。在大多數情況下,最小化偏置電壓可節省大約10mW~ 20mW 的功耗。

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k6666
LV.9
3
2021-04-17 11:29
@k6666
大多數控制器都會在觸發模式運行時降低其靜態電流,這樣就減少了靜態電流增加偏置電壓的相關損耗。典型的靜態電流會從正常運行時的2–3mA降為觸發運行時的200–300uA。控制器這一電流不包括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。觸發模式運行避免了偏置損耗過高。在大多數情況下,最小化偏置電壓可節省大約10mW~20mW的功耗。

同步整流器關斷時,存在一個死區時間,以確保高邊MOSFET等待低邊MOSFET關斷,從而避免交越傳導。在死區時間內,低邊MOSFET的內部體二極管由于反向恢復速度很慢,故需要一定的時間才能關斷,這就在該時間內產生額外的功耗。

利用集成有肖特基二極管、幾乎沒有反向恢復時間的MOSFET來代替常規體二極管,有助于降低死區時間內的體二極管損耗。

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唐先森
LV.2
4
2021-04-17 12:29
好文
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k6666
LV.9
5
2021-04-17 15:40
@唐先森
好文
當然測試功耗方法也要正確的。

測空載功耗的時候,電源的輸出端不要接負載(電子負載會帶來額外的損耗);測平均效率的時候,功率分析儀的量程要注意調節,要設置在最接近實測值的那個量程;測試效率和空載功耗時的電壓表和電流表接法是不一樣的。

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iszjt
LV.5
6
2021-07-14 14:14

感謝樓主分享!!!

開關電源的功耗包括由半導體開關、 磁性元件和布線等的寄生電阻所產生的固定損耗以及進行開關操作時的 開關損耗。 對于固定損耗 , 由于它主要取決千元件自身的特性 , 因此需要通過元件技術的改進來予以抑制。 在磁 性元件方面 , 對于兼顧了集膚效應和鄰近導線效應的低損耗繞線方法的研究由來已久。 

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lkings
LV.6
7
2021-07-14 21:04

早點進入間歇模式也是降低功耗的一個好辦法啊

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2021-07-27 12:18

現在很多芯片通過降頻或者跳周期模式降低待機功耗。

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2021-08-07 08:13

降低工作頻率、降低開關損耗是一種方法,但是也要注意紋波電流控制和輸出紋波電壓測量。反激這塊接觸不多,BUCK降壓有很多芯片支持輕載節能,也就得輕載降低開關損耗,重載時導通損耗占比更大,調節開關頻率優勢就不明顯了

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