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待机功耗来源分析与低待机功耗解决方案资料下载
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2021-04-06
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摘要
所有便携式电子设备，例如手机、收音机、数码相机及手提电脑等都需要依赖电池来维持电力，为了维持这些电子设备持续工作，必须反复地经由市电通过充电器来对电量耗尽的电池进行充电。而这样大家习以为常的电池充电过程却在无形中带来能源耗损，所以需要创新的技术来降低无谓的能量消耗。特别是在待机的时候可以达到节能法规的要求，例如美国加州能源委员会（California Energy Commission， CEC）节能规范，以及能源之星（Energy Star）标识计划等，因此本篇文章将会探讨一个新型极低待机功耗的电源控制IC。
飞兆半导体新推出的FAN302HL驱动控制IC，在手机充电器的应用中可达到低于10mW的待机能源消耗，并且结合多项领先技术来提升低功率反激式转换器的性能，如：内建高压激活电路、待机时的低工作电压与工作电流，采用次级端反馈控制方法调节固定输出电压，初级端反馈控制方法调节固定输出电流。FAN302HL将会成为在待机时的极低功耗电源控制最好选择。
简介
油价飞涨，原物料价格屡创新高，全球能源管里濒临崩溃边缘，“节约能源”再次成为最热门的议题。而在环保的观念持续强化下，现代人对于日常节约能源的观念越来越健全，但节约能源除了把不用的电器关闭或是采取定时开关方式节约能源外，其实这些电子装置本身因电源的限制。平日开启运作及待机的电源功耗日益增多，使得能源的应用效率低下，有效的电源管理，才能让“节能”的效益更加立竿见影。电源管理方面最重要的趋势，就是使待机功耗降至最低。一般可能认为，与工作时电源的耗电量比起来，电子设备待机时所消耗的电量是微乎其微。其实这与事实相去甚远，所以美国加州能源委员会（California Energy Commission， CEC）节能规范，以及能源之星（Energy Star）标识计划等，在所有电源的规划当中，对于“待机功耗”的规范极为重视。因此在国际能源总署（IEA）的推动和倡导下提出“1瓦计划”的能源规划，目标是到2010时将大部份电器产品的待机功耗降到1瓦，而美国也在2007年12月颁布了“2007美国能源独立与安全法案”，为消费类电器设备制定了第一个强制性的联邦能源标准。
其中令人注目的是在2008年11月世界主要手机供货商公布的新手机充电器的待机规范，明确定义出不同的待机功耗有不同的标识星级，如图1所示为新手机充电器的待机功耗标准，其中最高五颗星的待机功耗必须降低至30mW以下，因此，要如何使电源转换器达到更低的待机功耗，将会是电源设计工程师未来所需要迎接的挑战。
FAN302HL待机功耗来源分析与低待机功耗解决方案
如何使FAN302HL的待机功耗降低到30mW以下，甚至达到更低10mW，以下会有详细的分析介绍。首先可以先以基本常用的反激式转换器的电源架构来做分析，如图2所示。
图2：典型的反激式转换器电路
图3：待机功耗各部份的分析示意图
从图3可看出待机功耗的分布，对一个反激式转换器而言，主要的待机功耗包括了开关功耗（switching loss）和传导功耗（conduction loss）以及PWM控制电路所造成的功耗。表1、表2、表3、表4分别对这些主要功耗，列出估算公式与改善对策。
1、控制电路损失（15%）：由表1与等式（1）中可知，在待机时为了使PWM IC维持正常的工作，在辅助线路设计上必须确认能够提供足够的电压供应（VDD），由于FAN302HL的最低工作电压（VDD_OFF）为5V，所以通常设计在7V附近最为理想。而在PWM IC工作电流方面，FAN302HL拥有多段的电流工作控制，如图4所示，当工作在脉冲模式（Burst mode）时，会以极低的工作电流，来降低FAN302HL的待机功耗。
2、初级端组件损失：由表2中可知，初级端组件损失主要是由激活电阻损失、缓冲器损失与功率晶体管（Power MOSFET） 损失的总和。
激活电阻损失（1%）：为了使PWM IC在正常工作前能获得电源电压，通常会设置有激活电路，如图5，所示，但PWM IC从辅助绕组获得电源供应之后，激活电路便失去作用，但此时激活电阻上的跨压仍然会持续造成功耗，等式（2）所示，FAN302HL内建高压激活电路（HV）代替传统激活电路的设置，可减少激活电阻造成的功耗并可加速开机时间与高压的激活能力。
缓冲器损失（13%）：
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