《電子技術(shù)應(yīng)用》
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如何更好地挑战电源0.1W待机功耗需求
摘要: 随着全球气候日益变暖,节能减排已排在各国政府工作重中之重,特别是和日常生活息息相关的电子行业,更是被置于风口浪尖,在欧美市场,低待机功耗已经和安规,EMI一起成为电子产品销往这个市场的通行证,并且不断地要求降低待机功耗值,这一举措,意义深远。“高效率,低待机功耗”已成为广大电子产品开发工作者在产品开发中必须考虑的重要因素之一,做为电子产品的心脏,电源电路部分在这项高效低损的革命中,一次一次地被赋予最为关健的使命,特别是在电子产品进入待机状态后,其它部分电路都进入关闭或者休眠状态,电源电路在这个时候本身工作时所产生的损耗,在整个系统的损耗中占据很大的份额,其地位举足轻重,所以从最初国际能源组织的对电源待机功耗无要求,到后来的要求少于1W,再到现在的0.3W,步步为营,事实证明,要求电源待机功耗小于0.1W的时代即将来临。为了实现电源低待机功耗的要求,半导体厂商和电源工程师们从未停止过努力,半导体厂商不断的改进工艺,电源工程师不断的优化电源系统,但是努力之后,总会进入山穷水尽的境地,图1是一个电源的标准线路图,当我们使尽浑身解数后,发现整个电路中元器件不能再省,电路不能再优化时,我们还有其它新的办法吗?
Abstract:
Key words :

     隨著全球氣候日益變暖,節(jié)能減排已排在各國政府工作重中之重,特別是和日常生活息息相關(guān)的電子行業(yè),更是被置于風(fēng)口浪尖,在歐美市場(chǎng),低待機(jī)功耗已經(jīng)和安規(guī),EMI一起成為電子產(chǎn)品銷往這個(gè)市場(chǎng)的通行證,并且不斷地要求降低待機(jī)功耗值,這一舉措,意義深遠(yuǎn)。“高效率,低待機(jī)功耗”已成為廣大電子產(chǎn)品開發(fā)工作者在產(chǎn)品開發(fā)中必須考慮的重要因素之一,做為電子產(chǎn)品的心臟,電源電路部分在這項(xiàng)高效低損的革命中,一次一次地被賦予最為關(guān)健的使命,特別是在電子產(chǎn)品進(jìn)入待機(jī)狀態(tài)后,其它部分電路都進(jìn)入關(guān)閉或者休眠狀態(tài),電源電路在這個(gè)時(shí)候本身工作時(shí)所產(chǎn)生的損耗,在整個(gè)系統(tǒng)的損耗中占據(jù)很大的份額,其地位舉足輕重,所以從最初國際能源組織的對(duì)電源待機(jī)功耗無要求,到后來的要求少于1W,再到現(xiàn)在的0.3W,步步為營(yíng),事實(shí)證明,要求電源待機(jī)功耗小于0.1W的時(shí)代即將來臨。為了實(shí)現(xiàn)電源低待機(jī)功耗的要求,半導(dǎo)體廠商和電源工程師們從未停止過努力,半導(dǎo)體廠商不斷的改進(jìn)工藝,電源工程師不斷的優(yōu)化電源系統(tǒng),但是努力之后,總會(huì)進(jìn)入山窮水盡的境地,圖1是一個(gè)電源的標(biāo)準(zhǔn)線路圖,當(dāng)我們使盡渾身解數(shù)后,發(fā)現(xiàn)整個(gè)電路中元器件不能再省,電路不能再優(yōu)化時(shí),我們還有其它新的辦法嗎?

電源的標(biāo)準(zhǔn)線路圖

圖1 電源的標(biāo)準(zhǔn)線路圖

  如圖1虛線所圈部分,這是一個(gè)電源的EMI濾波電路,在這個(gè)電路中,請(qǐng)注意一下X電容C1上面并聯(lián)的兩個(gè)電阻,這兩個(gè)電阻是起什么作用呢?電容是可以存儲(chǔ)電能的產(chǎn)品,當(dāng)我們電源接通交流電后,交流電會(huì)對(duì)C1充電,被充電后的電容存儲(chǔ)著電量,當(dāng)我們把電源插頭從交流電源上拔出后,這個(gè)電量仍然存在于電容中,這個(gè)電容的兩端直接與電源插頭的兩個(gè)腳相連,換言之,如果這里人體不慎碰到插頭的兩個(gè)腳,就會(huì)被電容上的電量觸電,所以安規(guī)中強(qiáng)制規(guī)定,這個(gè)電容上的電量必須在電源插座被拔除后一定的時(shí)間泄放完,所以這兩個(gè)電阻在這里起放電作用,是萬萬不能省的,但是這兩個(gè)電阻直接與交流電源相連,也就是說,在電源進(jìn)入待機(jī)狀態(tài)后時(shí),這兩個(gè)電阻在消耗著能量,它上面的損耗有多大呢?圖2中列出了跟不同X 電容匹配的電阻所生的損耗,X電容越大,放電電阻越小,其損耗就越大,結(jié)果顯示,這個(gè)放電電阻上面有幾十mW到幾百mW的損耗,再加上其它元器件上的損耗,整機(jī)小于0.1W的目標(biāo)淪為了天方夜談。

圖2

圖2

  如果說在這兩個(gè)電阻上串一個(gè)智能開關(guān),如圖3 所示,切斷交流電源時(shí)開關(guān)吸合,從而把兩個(gè)電阻連起來,快速泄放走X電容的電荷,而接上交流電源時(shí)開關(guān)切斷,從而把兩個(gè)電阻斷開,讓這時(shí)兩個(gè)電阻上沒有電流流過,實(shí)現(xiàn)零損耗,不是一個(gè)兩全齊美的好方法嗎?

圖3

圖3

  電源半導(dǎo)體先驅(qū),打造綠色環(huán)保IC的創(chuàng)導(dǎo)者和領(lǐng)導(dǎo)者,美國PI公司把這一個(gè)電源工程師的想法變成了一個(gè)產(chǎn)品,被命名為Cap Zero,圖3為其等效電路圖,圖4為其內(nèi)部電路圖,圖5為其實(shí)物圖,從圖4中可以看出,它由檢測(cè)控制電路和開關(guān)電路組成,檢測(cè)控制電實(shí)時(shí)檢測(cè)著X電容兩端的交流電壓(即電源插座上的交流電壓),當(dāng)X電容兩端電壓存在時(shí),檢測(cè)控制電路會(huì)保持相應(yīng)的信號(hào)讓開關(guān)電路保持關(guān)閉狀態(tài),反之,則開通。因?yàn)樵O(shè)計(jì)者不再擔(dān)心X電容放電電阻的損耗,所以設(shè)計(jì)者可以選用更大的X 電容,減小差模電感,這讓設(shè)計(jì)者在設(shè)計(jì)EMI 電路時(shí)有更多的組合方案和改進(jìn)空間。

內(nèi)部電路圖

圖4 內(nèi)部電路圖

圖5

圖5

  目前這一產(chǎn)品為SO-8的封裝,電源設(shè)計(jì)者無須做任何調(diào)試,只需要在PCB板上LAYOUT上這個(gè)封裝,需要時(shí)裝上去,不需要時(shí)用Jump短路即可,簡(jiǎn)單易操作,可靠實(shí)用。Cap Zero的出現(xiàn),在電源設(shè)計(jì)者挑戰(zhàn)電源0.1W待機(jī)功耗的征程中,無疑又留下了光輝的一筆。


 

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