1前言
隨著(zhù)能源效率和環(huán)保的日益重要，人們對開(kāi)關(guān)電源待機效率期望越來(lái)越高，客戶(hù)要求電源制造商提供的電源產(chǎn)品能滿(mǎn)足BLUE ANGEL,ENERGY STAR, ENERGY 2000等綠色能源標準，而歐盟對開(kāi)關(guān)電源的要求是：到2005年，額定功率為0.3W~15W，15W~50W和50W~75W的開(kāi)關(guān)電源，待機功耗需分別小于0.3W，0.5W和0.75W。而目前大多數開(kāi)關(guān)電源由額定負載轉入輕載和待機狀態(tài)時(shí)，電源效率急劇下降,待機效率不能滿(mǎn)足要求。這就給電源設計工程師們提出了新的挑戰。

2、開(kāi)關(guān)電源功耗分析
要減小開(kāi)關(guān)電源待機損耗，提高待機效率，首先要分析開(kāi)關(guān)電源損耗的構成。以反激式電源為例，其工作損耗主要表現為：MOSFET導通損耗

MOSFET導通損耗
開(kāi)關(guān)交疊損耗，PWM控制器及其啟動(dòng)電阻損耗，輸出整流管損耗，箝位保護電路損耗，反饋電路損耗等。其中前三個(gè)損耗與頻率成正比關(guān)系，即與單位時(shí)間內器件開(kāi)關(guān)次數成正比。
在待機狀態(tài)，主電路電流較小，MOSFET導通時(shí)間ton很小，電路工作在DCM模式，故相關(guān)的導通損耗，次級整流管損耗等較小，此時(shí)損耗主要由寄生電容損耗和開(kāi)關(guān)交疊損耗和啟動(dòng)電阻損耗構成。

3、提高待機效率的方法
根據損耗分析可知，切斷啟動(dòng)電阻，降低開(kāi)關(guān)頻率，減小開(kāi)關(guān)次數可減小待機損耗，提高待機效率。具體的方法有：降低時(shí)鐘頻率；由高頻工作模式切換至低頻工作模式，如準諧振模式（Quasi Resonant，QR）切換至脈寬調制（Pulse Width Modulation，PWM）, 脈寬調制切換至脈沖頻率調制（Pulse Frequency Modulation, PFM）；可控脈沖模式（Burst Mode）。
3.1 切斷啟動(dòng)電阻
對于反激式電源，啟動(dòng)后控制芯片由輔助繞組供電，啟動(dòng)電阻上壓降為300V左右。設啟動(dòng)電阻取值為47kΩ，消耗功率將近2W。要改善待機效率，必須在啟動(dòng)后將該電阻通道切斷。TOPSWITCH，ICE2DS02G內部設有專(zhuān)門(mén)的啟動(dòng)電路，可在啟動(dòng)后關(guān)閉該電阻。若控制器沒(méi)有專(zhuān)門(mén)啟動(dòng)電路，也可在啟動(dòng)電阻串接電容，其啟動(dòng)后的損耗可逐漸下降至零。缺點(diǎn)是電源不能自重啟，只有斷開(kāi)輸入電壓，使電容放電后才能再次啟動(dòng)電路。而圖1所示的啟動(dòng)電路，則可避免以上問(wèn)題，而且該電路功耗僅為0.03W。不過(guò)電路增加了復雜度和成本。

圖1 UC3842反激式電源啟動(dòng)電路
3.2　降低時(shí)鐘頻率
時(shí)鐘頻率可平滑下降或突降。平滑下降就是當反饋量超過(guò)某一閾值，通過(guò)特定模塊，實(shí)現時(shí)鐘頻率的線(xiàn)性下降。POWER公司的TOPSwitch-GX和SG公司的SG6848芯片內置了這樣的模塊，能根據負載大小調節頻率，圖2所示是SG6848時(shí)鐘頻率與其反饋電流的關(guān)系。

 
 
圖2　SG6848反饋電流與時(shí)鐘頻率的關(guān)系
突降實(shí)現方法如圖3：以UCC3895為例，當電源處于正常負載狀態(tài)時(shí)，Q1導通，其時(shí)鐘周期為：

時(shí)鐘周期
（小于1）倍。L5991和Infineon公司的CoolSet F2系列已經(jīng)集成了該功能。

圖3：時(shí)鐘頻率突降實(shí)現與時(shí)鐘波形
3.3 切換工作模式
3.3.1 QR→PWM
IRIS40xx芯片就是通過(guò)QR與PWM切換來(lái)提高待機效率的。圖4是IRIS4015構成的反激式開(kāi)關(guān)電源，重載時(shí)，輔助繞組電壓大，R1分壓大于0.6V，Q1導通，輔助準諧振信號經(jīng)過(guò)D1,D2,R3,C2構成的延時(shí)電路到達IRIS4015的FB腳，內部比較器對該信號進(jìn)行比較，電路工作在準諧振模式。當電源處于輕載和待機時(shí)候，輔助繞組電壓較小，Q1關(guān)斷，諧振信號不能傳輸至FB端，FB電壓小于芯片內部的一個(gè)門(mén)限電壓，不能觸發(fā)準諧振模式，電路則工作在更低頻的脈寬調制控制模式。

圖4 由IRIS4015構成的QR/PWM反激式電源電路
3.3.2 PWM→PFM
對于額定功率時(shí)工作在PWM模式的開(kāi)關(guān)電源，，也可以通過(guò)切換至PFM模式提高待機效率，即固定開(kāi)通時(shí)間，調節關(guān)斷時(shí)間，負載越低，關(guān)斷時(shí)間越長(cháng)，工作頻率也越低。圖5是采用NS公司的LM2618控制的Buck轉換器電路和分別采用PWM和PFM控制方法的效率比較曲線(xiàn)。由圖可見(jiàn)，在輕載時(shí)采用PFM模式的電源效率明顯大于采用PWM模式時(shí)的效率，且負載越低，PFM效率優(yōu)勢越明顯。將待機信號加在其PW/引腳上，在額定負載條件下，該引腳為高電平，電路工作在PWM模式，當負載低于某個(gè)閾值時(shí)，該引腳被拉為低電平，電路工作在PFM模式。實(shí)現PWM和PFM的切換，也就提高了輕載和待機狀態(tài)時(shí)的電源效率。
通過(guò)降低時(shí)鐘頻率和切換工作模式實(shí)現降低待機工作頻率，提高待機效率，可保持控制器一直在運作，在整個(gè)負載范圍中，輸出都能被妥善的調節。即使負載從零激增至滿(mǎn)負載的情況下，能夠快速反應，反之亦然。輸出電壓降和過(guò)沖值都保持在允許范圍內。


圖5：PWM→PFM
3.4　可控脈沖模式（Burst Mode）
可控脈沖模式，也可稱(chēng)為跳周期控制模式（Skip Cycle Mode）是指當處于輕載或待機條件時(shí)，由周期比PWM控制器時(shí)鐘周期大的信號控制電路某一環(huán)節，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(shí)現恒定頻率下通過(guò)減小開(kāi)關(guān)次數，增大占空比來(lái)提高輕載和待機的效率。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）或者是芯片內部模塊(如NCP1200，FSD200，L6565和TinySwitch系列芯片)。

圖6：Burst Mode控制信號與驅動(dòng)信號圖
NCP1200的內部跳周期模塊結構見(jiàn)圖7，當反饋檢測腳FB的電壓低于1.2V（該值可編程）時(shí)，跳周期比較器控制Q觸發(fā)器，使輸出關(guān)閉若干時(shí)鐘周期，也即跳過(guò)若干個(gè)周期，負載越輕，跳過(guò)的周期也越多。為免音頻噪音，只有在峰值電流降至某個(gè)設定值時(shí)，跳周期模式才有效。
腳的反饋電壓與0.6V/0.5V遲滯比較器比較，由比較結果控制門(mén)極驅動(dòng)輸出，其結構可見(jiàn)圖8。我們可根據此原理用分立元件實(shí)現普通芯片的Burst Mode功能，即檢測次級電壓判斷電源是否處于待機狀態(tài)，通過(guò)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(shí)現一般PWM控制器的可控脈沖模式的方法之一。其電路可見(jiàn)圖10，
電路正常工作，當Burst Signal為低電平時(shí)，Q1導通，R1被短路，
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(shí)現Burst Mode，上述Burst Signal可由圖1中所示的遲滯比較器產(chǎn)生。
 
4　存在的問(wèn)題
以上介紹的降頻和Burst Mode方法在提高待機效率的同時(shí)，也帶來(lái)一些問(wèn)題，首先是頻率降低導致輸出電壓紋波的增加，其次如果頻率降至20kHz以?xún)�，可能有音頻噪音。而在Burst Mode的OFF時(shí)期內，如果負載激增，輸出電壓會(huì )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(huì )導致成本增加，并會(huì )影響系統動(dòng)態(tài)性能。因此必須綜合考慮。