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开关电源系统-待机功耗测试&分析(二)

2020.9.29

4.整流桥的后面在母线上会有几个高压器件,需要特别注意漏电流的大小!300V的母线每10uA就产生3mW的损耗。

半导体器件一般来说都还好,比如整流桥、MOSFET,关断时的漏电基本都在1uA以下。高温情况下会大一些;但在空载损耗基本也只看常温条件,没有负载电路本身也没热量产生。电解电容的漏电在有些情况下就不能忽略了,电容越大漏电流越强,基本上是和CV成正比关系的。而且电容的质量参差不齐,质量差的电容漏电流要大好几倍。可以测试一下如果达到10uA这个数量级了使用的时候要注意。

5.对于开关电源IC-FLY我们需要做低待机功耗功能时;至少要先一个有内置高压启动电流源的控制机理!如果没有的话,就需要外围电路进行实施。一些没有高压引脚的芯片也提供一个控制引脚来连接外置的高压开关管;如果是这样的方式;系统的BOM会复杂!当然还是建议使用者优先选择有低待机功能的IC控制器 实施控制方便有更好的可靠性!

本测试原理的控制方式如下:

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芯片本身的功耗是Icc*Vcc/?Icc是工作电流,Vcc是工作电压,是转换效率。因为芯片稳定工作的工作电压一般都来自辅助绕组,所以取决于开关频率和功率电路的设计,后面也会陆续提到影响转换效率的一些因素。

从目前我了解的情况分析,AC/DC类的功能电源芯片,只要功能不是特别复杂的,Icc都应该能做到uA这个数量级。只有一些很复杂的芯片,比如PFC+LLC combo这种,或是大功率电源中所采用的数字芯片耗电才会在mA级别。特别大功率的电源有时会采样辅助电源的方式来解决待机功耗设计问题!

Vcc则是取决于辅助绕组的设计。为了是芯片功耗最小化,设计的时候当然应采用尽量低的供电电压。只是要注意辅助绕组提供的电源一般会随着负载减轻而降低。必须保证Vcc在空载条件下也能保持在最低工作电压以上。

芯片的控制方式可以说是决定待机功耗最重要的一环。

轻载或空载状态下,开关损耗在转换效率中占主导地位。

因此为了降低待机功耗,大部分电源芯片都采取轻载降频的控制方式。FLY架构现在比较流行的一种复合控制模式:重载时采用PWM,随着负载减轻频率下降,在接近空载的区域采用Burst的工作模式进一步降低开关频率(如上图示)!

这种控制方式在实际应用中有一个矛盾需要考虑。理论上来说保持最大的ipk可以在空载状态下获得最低的开关频率(1/2 *Lm*ipk^2*fs)。但开关频率在20kHz以下就会有噪音的问题,从这个角度来看就需要ipk越小越好。因此在实际应用的时候就需要找到最佳化的设计了。

实际上Burst的方式也有一些细节是值得注意的。

每隔100ms连出10个开关和每10ms出一个开关,看起来平均频率是一样的,但转换效率会不会有差别呢?注意是会有一些区别的。请关注下面的测试Data!!

注意:FLY电源中,有RCD钳位电路中的能量每次Burst都是充满再放完的,这样的话连续出的开关数多一点会比较好。

LLC的情况会不一样,因为LLC的Burst基本前一两个周期把能量已经都输出来了,后面再开关基本上只剩励磁电流了,换句话说后面出的开关都是在做无用功,除了产生开关损耗外没别的了。这样就是连出的开关数少一点会比较好!

6.变压器的损耗

由于待机时有效工作频率很低,并且一般限流点很小,磁通变化小,磁芯损耗很小,对待机影响不大,但绕组损耗是不可忽略的。

变压器绕组引起的损耗;

绕组的层与层之间的分布电容的充放电损耗(分布电容在开关MOS管关断时充电,在开关MOS管开通时放电引起的损耗。)

当测试mos管电流波形时,刚开启的时候有个电流尖峰主要由变压器分布电容引起。改善方法:在绕组层与层之间加绝缘胶带,来减少层间分布电容。


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