回顧去年的石油價(jià)格飄漲, 以及全球金融危機(jī), 使得節(jié)能議題再度獲得關(guān)注, 有效利用能源變成全球共識(shí), 于是近年來(lái)電子產(chǎn)品的電源供應(yīng)器開(kāi)始受到節(jié)能法規(guī)的限制, 如美國(guó)加州能源委員會(huì)(Califonria Enery Comission, CEC ) 節(jié)能規(guī)范, 以及能源之星(Energy star) 標(biāo)識(shí)計(jì)劃等, 但這些電源的規(guī)范當(dāng)中, 最近受到注目的新規(guī)范即是“待機(jī)功耗”的規(guī)范。

　　由于許多電子產(chǎn)品在插頭接上的那一刻便開(kāi)始有功率消耗, 即使大多時(shí)間都處在待機(jī)狀態(tài)，這樣的待機(jī)功耗, 根據(jù)統(tǒng)計(jì), 占全球電力的3%-13%, 因此從2001年7月起美國(guó)政府機(jī)構(gòu)已經(jīng)明確要求電器產(chǎn)品待機(jī)功耗不能超過(guò)IW 。這些新的節(jié)能規(guī)范不單只是規(guī)范電源在不同負(fù)載時(shí)所需的平均效率, 還定義在待機(jī)時(shí)的最低功耗, 如表1所示為能源之星的效率規(guī)范與待機(jī)功耗。

　　其中令人矚目的是在今年由五家手機(jī)大廠公布的新手機(jī)充電器的待機(jī)規(guī)范，明確定義出不同的待機(jī)功耗有不同的標(biāo)識(shí)星號(hào)， 如表2所示為新手機(jī)充電器的待機(jī)功耗, 其中最高五顆星的待機(jī)功耗必須降低至30mw 以下, 由此可見(jiàn)，在不久的將來(lái)電源轉(zhuǎn)換器低待機(jī)功耗將成為基本要求,也是電源設(shè)計(jì)工程師必須面臨的挑戰(zhàn), 而能降低待機(jī)功耗的電源芯片更是未來(lái)的需求。

　　待機(jī)功耗的來(lái)源分析與低待機(jī)功耗的解決方案

　　對(duì)于目前的電源系統(tǒng)來(lái)說(shuō), 如何能從目前低于0 .3W的待機(jī)功耗降低到30 mw。首先可以分析一個(gè)傳統(tǒng)反激式電源架構(gòu)的每個(gè)器件, 在待機(jī)時(shí)主要的損耗來(lái)源, 如圖1為4OW 的電路圖, 其中此電路的在230Vac的待機(jī)功耗為110mW , 圖2為待機(jī)損耗的分析結(jié)果。

　　如圖2看出, 主要的待機(jī)功耗可以分為五種:

　　l、啟動(dòng)電阻的損耗(56% ): 為了使PWMIC在電源啟動(dòng)時(shí)能獲得適時(shí)的啟動(dòng), 通常會(huì)有啟動(dòng)電路設(shè)置, 即在PWMIC 獲得啟動(dòng)電壓之后, 啟動(dòng)電路便失去作用。但實(shí)際上, 啟動(dòng)電阻上的電壓卻不少, 占待機(jī)功耗的不少比例， 如何能用高壓?jiǎn)?dòng)線路減少這類的損耗是PWMIC 所需的功能之一。

　　2、EMI 濾波電容放電電阻(15% ): 為了快速釋放EMI濾波電容上的電壓, 在大功率電源設(shè)計(jì)上都會(huì)增加并聯(lián)的放電電阻, 但若針對(duì)小功率電源設(shè)計(jì), 此濾波電容放電電阻可以不采用。

　　3、主環(huán)路的開(kāi)關(guān)組件損耗(13 % ): 為了使輸出電壓為穩(wěn)定的電壓, PWMIC必須控制主開(kāi)關(guān)的占空比與開(kāi)關(guān)頻率, 但在待機(jī)時(shí)為了降低主開(kāi)關(guān)MOSFET 、變壓器、次級(jí)輸出整流二極管, 輸

　　出假負(fù)載的損耗, 因此PWMIC也在待機(jī)時(shí)適時(shí)地降低占空比與開(kāi)關(guān)頻率。因此如何設(shè)計(jì)在待機(jī)時(shí)的PWM 信號(hào)也是PWMIC 所需的功能之一。

　　4、PWMIC的待機(jī)消耗(9 % ): 在待機(jī)時(shí)為了使PWMIC維持正常的工作, 在線路上必須設(shè)計(jì)合適的輔助供電, 如何使PWMIC在待機(jī)時(shí)以較低的電壓和工作電流運(yùn)行, 以降低PWMIC的待機(jī)功耗, 這也是PW M IC 未來(lái)所需的功能之一。

　　5、 次級(jí)反饋電路的待機(jī)功耗(4 % ): 為了偵測(cè)次級(jí)的信號(hào), 次級(jí)反饋回路需要一個(gè)合適的分壓電阻網(wǎng)絡(luò), 它的損耗占了約4% 的待機(jī)功耗, 若考慮一個(gè)低瓦數(shù)的應(yīng)用, 采用初級(jí)偵測(cè)的方式,此部分的待機(jī)功耗也可以減少。

　　從上述的五點(diǎn)中, 其中有四點(diǎn)挑戰(zhàn)是可以藉由電源芯片的功能來(lái)提升, 因此通過(guò)電源芯片的控制技術(shù)使整體效能提升、成本降低之外也降低待機(jī)功耗, 為綠色能源提供一個(gè)新的方向。

　　實(shí)際設(shè)計(jì)的一個(gè)3 .5W的手機(jī)充電器, 輸出規(guī)格的定義為5V/0.7A。 電源控制芯片采用飛兆半導(dǎo)體的FSEZ1317 , 此電源芯片在手機(jī)充電器的應(yīng)用中提供極低的待機(jī)功耗, 這是由于內(nèi)置50 v 的高壓?jiǎn)?dòng)電路, 在電源IC 達(dá)到啟動(dòng)電壓之后, 此電路即為開(kāi)路的狀態(tài), 以降低啟動(dòng)線路的功耗; 為了降低待機(jī)功耗, 綠色功能模塊通過(guò)關(guān)斷時(shí)間調(diào)制在輕載的時(shí)候線性降低開(kāi)關(guān)頻率, 在空載的時(shí)候降至370Hz的最低頻率, 同時(shí)減少內(nèi)部所需的工作電流與電壓的范圍, 利用以上的新技術(shù)可以輕易滿足絕大部分功耗要求。

　　除此之外, 嶄新的核心技術(shù)采用初級(jí)端調(diào)節(jié)控制方法(PSR) , 利用偵測(cè)輔助繞組上的電壓波形, 達(dá)到控制輸出端為恒定電壓與恒定電流,因此不僅可以大幅的減少次級(jí)的反饋線路也減少次級(jí)端的功耗以及所需的成本。芯片包裝更采用SOP8 的包裝與內(nèi)建700V的高壓MOSFET , 因此可以省掉MOSFET 的走線, 更可以減少零件數(shù)量,節(jié)省空間。

　　自動(dòng)恢復(fù)的保護(hù)功能包含輸出短路保護(hù)(OSP)、VDD過(guò)電壓保護(hù)(OVP)與過(guò)熱保護(hù)(OTP) 等。 一個(gè)內(nèi)建的Frequency Hopping功能更進(jìn)一步改善EMI的性能；此外, IC 還具有線損補(bǔ)償功能, 根據(jù)輸出電流補(bǔ)償輸出線的壓降來(lái)改善負(fù)載調(diào)整率。如圖3為FSEZ1317的375W 線路圖。

　　如圖4 為在不同交流輸入電壓中的待機(jī)功耗, 由圖中可知即便是在264Vac的電壓輸入, 待機(jī)功耗仍然可以低于30mw , 滿足最新低待機(jī)功耗手機(jī)電源規(guī)范中的最好的五星等級(jí)要求。從圖5的輸出電壓電流曲線中, 可以看出在通用交流電壓的輸人之下, 輸出端的恒定電壓調(diào)節(jié)率可以達(dá)到1.38%；而當(dāng)返回電壓(fold一back voltage)為1.5V時(shí), 輸出端的恒定電流調(diào)節(jié)率可以達(dá)到3 .6% , 其中在恒電流的范圍中的輸出電壓是藉由5V-24V VDD的電壓控制且在輸出電壓越來(lái)越低時(shí)仍然可以穩(wěn)定恒定輸出電流。如圖6可示, 平均效率可以達(dá)到7 1.6 1% @ 115V 與70刀l% @ 2 30V , 可以輕易符合/ 能源之星0 2 .0 等級(jí)五的能源規(guī)范(平均效率為65.5% 的規(guī)范), 為大量生產(chǎn)的偏差提供足夠的裕度。

　　電源管理lC 的新挑戰(zhàn): 低待機(jī)功耗

　　著眼全球關(guān)注綠色能源的開(kāi)發(fā), 能源效率大幅提升能幫助降低電源的損耗, 集成功率芯片在電源管理中扮演一個(gè)提升效率的重要角色, 它幫助電源設(shè)計(jì)降低整體的成本、開(kāi)關(guān)損耗與改善E M I性能以達(dá)到/輕薄短小0 的目標(biāo)。

　　本文介紹的內(nèi)置高壓?jiǎn)?dòng)電路與降低空載時(shí)開(kāi)關(guān)頻率的低待機(jī)功耗電源芯片, 通過(guò)新穎的初級(jí)端反饋控制技術(shù)減少二次側(cè)反饋回路的損耗。相比之下, 傳統(tǒng)的自激式轉(zhuǎn)換器(Ringing Choke  Converter，RCC ）方案, 不僅零件多、成本高, 且設(shè)計(jì)復(fù)雜與制造困難, 漸漸的不能符合現(xiàn)今的電源規(guī)范。飛兆半導(dǎo)體的集成電源芯片F(xiàn)SEZ1317 方案減少了元件數(shù)目, 降低成本和簡(jiǎn)化了設(shè)計(jì), 將會(huì)是低待機(jī)功耗、高效率充電器應(yīng)用的理想解決方案。