低于50mW待机功耗的中大功率应用方案实现

随着世界能效标准日益严苛以及能源电力成本的上升，电器的待机功耗越来越成为一个不可忽视的方面。以65W的适配器为例，目前的待机功耗要求为低于0.3W，2012年的待机功耗要求为0.1W，更有很多国际厂商已经在探求低于50mW待机功耗的方案了，如果能够提前考虑和设计低于50mW的方案，电源模组厂商将会在设计周期以及安规费用申请方面大大降低,达到低于50mW的规格必须在性能和成本方面具有可行性。

本文通过对电源适配器的待机功耗分析，介绍昂宝电子基于绿色引擎技术平台实现的低于50mW待机的方案，其特点是通过IC片内动态能耗控制技术降低PWM控制IC周边待机功耗，同时通过增加检测和控制功能降低了系统静态功耗，本文以65W笔记本电源适配器实例测试数据说明了此方案的性能以及充足的量产余量。

50mW以下待机功耗要求已成为未来发展趋势

随着能源的紧缺以及能源成本的上升，除开发新能源之外，提高效率、降低设备的待机功耗也是解决能源危机的重要途径，因此各国纷纷制定标准要求各种家用电器、计算机笔记本设备等降低待机功耗。以笔记本电源为例，待机功耗从原来的1W，降低到2006年Blμe Angel规范要求的0.3W，2012年待机功耗要求将会降低至0.1W。最近发生的日本地震引发的核能危机，将迅速推动新能源的开发以及提出对大幅度提升效率、降低待机功耗的要求。因此50mW以下待机将很可能加快成为新的标准。

电源系统中各部分待机功耗分布

从开关电源的系统分析可知，系统的空载待机功耗如图1可分为7个部分组成：MOSFET开关损耗；次级基准电路的功耗；初、次级吸收电路的损耗；IC的损耗；启动电阻的损耗；X-CAP的放电电阻的损耗；X-CAP的损耗。

图1：开关电源系统空载待机功耗分布

采用降低待机时工作频率，可以将MOSFET开关损耗降低到比较低的水平；但工作频率的降低受限于次级基准电路的功耗，采用较低工作电流及低参考电压的TL432，可以降低基准电路的功耗以及输出电压取样电路的功耗；同时，与开关频率相关的损耗也来自于初、次级吸收电路的损耗，开关工作频率越高，损耗越大。另外，为了防止工作频率过低产生人耳可闻的音频噪声，一般最低工作频率设定在音频频率之上，如20kHz。

开关电源控制IC经过近年来的发展，从降低工作电流，降低最低可工作电压方面优化，其功耗已经大大降低，以昂宝电子可实现100mW以下待机功耗的OB2273 PWM控制IC为例，待机时IC工作电流可降低至1mA(典型值)，若工作电压为12V，IC的功耗为12mW，在系统待机功耗中的比重比较低。IC启动电阻上也会产生一部分损耗大约50~65mW，改为从整流桥堆之前交流启动或者通过降低IC的启动电流，可以加大启动电阻阻值降低启动电阻的损耗；OB2273的启动电流可降低至20μA(最大值)并支持交流启动，可将启动电阻损耗降低至20~30mW。在中大功率系统待机功耗中，另外一部分的损耗来自于电源系统为解决EMI、安规等问题增加的电路，如为解决传导EMI用的X电容的交流损耗以及为解决安规问题增加的X电容放电电阻的损耗，0.22μF的X电容需要的放电电阻2M欧姆，264V输入电压下的损耗为35mW，其损耗已大大超过IC的功耗。

如果能够降低X电阻上的损耗，能大大降低系统的待机功耗。对于更大功率以及EMI余量要求更高的系统，降低X电阻带来的损耗带来的裨益将会更大。要实现降低X电阻损耗另外一个很大挑战是成本问题，只有采用接近的成本实现才具有大批量使用的意义。

[p]

综合系统与控制芯片降低待机功耗的方案

图2为采用昂宝电子OB5269B可实现低于50mW待机功耗系统应用方案。OB5269B采用了HV启动，在启动之后自动切断启动电阻回路，去除了启动电阻回路产生的损耗。对于X电容泄放回路，系统采用了两颗二极管D1、D2反向连接并联在X电容CX两端，中间点连接至OB5269B的HV启动管脚。一般来说，HV管脚内置开关在IC启动完成之后是处于关断状态，但当Brown Out检测管脚BO检测到交流输入断开时，HV管脚内置开关将再次打开，经由两个二极管D1/D2对X电容进行放电, 从而达到安规要求，输入交流掉电1秒内将X电容电荷放至安全电压之下。以上工作方式是OB5269B采用昂宝电子绿色引擎技术平台上的自主专利，“去X电容放电电阻技术”的简要工作原理。

图2：采用OB5269B的典型应用电路

从图3和图4可以看到，采用OB5269B的系统可以在264V交流输入条件下达到40mW的系统待机功耗，距离50mW的待机标准具有20％的余量；同时，在264V交流输入以及X电容容值为0.68μF条件下，当系统掉电之后，无论是空载或者满载情况下，X电容均可以在0.3S之内放电至安全电压，完全符合安规的要求。

图3：采用OB5269B的65W系统待机功耗测试数据

图4：OB5269B系统在不同X电容容值的放电时间

本文小结

降低电源的待机功耗是能源发展的趋势要求，随着开关电源IC控制技术的发展，与IC相关的待机损耗已经大大降低，在整个系统待机功耗所占比例减小，从IC本身优化功耗来大幅度降低系统待机功耗将极其有限。因而要进一步降低系统待机功耗，必须从降低系统固有待机功耗，如X电容放电电阻损耗等方面进行。本文介绍的采用昂宝电子绿色引擎技术平台中的“去X电容放电电阻技术”的OB5269B方案，在系统成本近似的前提下，既实现了去除系统X电容放电电阻损耗降低功耗的目的，同时也符合安规安全电压的要求，对于实现50mW以下系统待机提供了富有竞争力的解决方案。

对于具有待机电源的大功率LCD TV、PC Power应用，昂宝电子还提供30mW内建MOSFET的OB5222V和OB5225功率开关产品，它们也提供去X电容放电电阻功能，能解决大功率系统X电容放电电阻带来的损耗问题。

作者：黎波

市场行销副总裁

昂宝电子(上海)有限公司