引言

最近幾年電源產(chǎn)品已經(jīng)取得了突破性的進步,，但與此同時,，當今能源浪費的問題已成為國內(nèi)外越來越關(guān)注的問題,，它反映在以下幾個方面：

a 使用礦物燃料的能源資源是有限的,，獲取能源的成本也在增加,，礦物燃料的消耗也帶來其它負面影響（即環(huán)境污染）,，而可替代能源資源還沒有成熱,。

b 所有的家電產(chǎn)品和電子設(shè)備都要消耗電力。

c 不斷增長的個人用電子產(chǎn)品通過使用適配器和充電器——外部電源（EPS）——也在消耗能源外部電源,。

1 節(jié)能理念來推動或重新設(shè)計

電源在輕載時的高效率是關(guān)鍵因素,。工作模式的效率是當電源工作在25%、50%,、75%及100%負載時效率的平均值：在整個負載范圍內(nèi)持續(xù)的高效率比重載時的高效率更加重要,；最理想的控制方案是隨負載的降低頻率也相應地降低。

為了解決電源系統(tǒng)提供更高的能量利用效率,，國際上頒布了許多標準,，如國際能源署“1W計劃”、美國新版能源之星,、美國80 PLUS等,。

新的外部電源（EPS）能效標準：適用于所有功率從小于1W到250W的單路輸出的外部電源（EPS）；等同于EnergyStar（EPA）標準（CEC,，CECP,，AGO，EU）,；同時適用于AC-DC和AC-AC適配器及充電器,；美國其它的州也會用此的標準/法規(guī)正在進行中,；中國CECP標準從2005年1月1日開始生效；在澳大利亞從2006年4月1日開始生效,；歐盟從2007年1月1日也將采用標準中工作模式時的相應規(guī)定,。

隨著這些新標準的出臺，對電源設(shè)計有了新的挑戰(zhàn),。為此,，需要有新的舉措來面對新的挑戰(zhàn)。首先是那就是要用節(jié)能理念來推動或重新設(shè)計,。即節(jié)能已成為一個重要的設(shè)計要求,；而今60%的現(xiàn)有方案都無法滿足新標準的要求；關(guān)于外部電源（EPS）的節(jié)能標準已經(jīng)頒布,；不少公司新推出的產(chǎn)品系列能令您的設(shè)計符合所有日前及提議中的標準,。再則要用新技術(shù)來應對設(shè)計挑戰(zhàn)，如為了降低待機模式的能耗,，安森美半導體則側(cè)重于其他技術(shù)，如跳周期待機模式,，PWM控制器主控PFC（輕載時關(guān)斷PFC以降低待機能耗）,。此外，將諸多新技術(shù)和功能集成到芯片內(nèi),，如DDS（動態(tài)自供電）,、頻率抖動、Soxy-less（無線圈去磁檢測）等,，可起到簡化外圍電路設(shè)計的作用,，也相應減少了功率損耗值此僅就選擇節(jié)能芯片和利用利用智能電源管理技術(shù)節(jié)省能源二個方面來研對。

2 節(jié)能芯片的選擇

2.1 LinkSwitch-LP器件特點及工作方式

2.1.1 LinkSwitch-LP系列的產(chǎn)品特性

易于設(shè)計,、外圍元件數(shù)目很少的解決方案,；原邊電路控制器在負載超過峰值功率點時限制了輸出電流——無需電流檢測電阻；完善的故障保護——過熱,、短路及開環(huán),；可在通用輸入電壓范圍（85-265VAC）內(nèi)操作；圖1為典型應用的非而簡化電路（a）及輸出特性（b）,。突出的特點是節(jié)能技術(shù)：無需任何附加元件,，輕松達到全球所有的節(jié)能標準；在265VAC輸入時的空載能耗《150mW,；開/關(guān)控制可在極輕負載時具備恒定的效率——是達到強制性CEC標準的理想選擇,。

2.1.2 LinkSwitch-LP的系統(tǒng)成本優(yōu)勢

從圖1可知那就是：頻率抖動降低了EMI，采用簡單的EMI濾波,；電感即用于濾波又用于保險絲功能,，見圖1中A點部分,；內(nèi)部高壓恒流源省去了啟動和偏置電路，見圖1中B點部分,； 內(nèi)部電流檢測電路省去了外圍的電流檢測電阻見圖1中c點部分,；嚴格的器件參數(shù)公差，低的限流點,，允許初級繞組上不使用箱位電路,，見圖1中D點部分；低成本的變壓器反饋穩(wěn)壓,，見圖1中E點部分,；輸出電壓由分壓電阻決定，有精確的FB腳電壓見,，圖1中F點部分,；開/關(guān)操作不需要頻率補償元件，見圖1中G點部分,。針對有最低成本要求,，且對恒壓/恒流要求寬松的應用進行了優(yōu)化。

2.2 典型應用

圖2顯示的是一個典型的用LNK564IC構(gòu)成的6V330mA恒壓/恒流（CV/CC）輸出電源電路的替代方案,。值此對方案特點作一分析,。

2.2.1 輸入電路

AC輸入差模濾波可由C1和L1形成的極低成本的輸入濾波器得以實現(xiàn)。LNK564的頻率抖動特性省去輸入pi（C,、L,、C）濾波元件，僅需要一個大容量電容,。加上一個套管還可使輸入電感L1既用作保險絲,，又用作一個濾波元件。這一簡單的Filterfuse（濾波保險絲）輸入級更進一步地降低了系統(tǒng)成本,。

另一個可選方案是用一個保險絲電阻RFl來提供保險絲的功能,。

在某些應用中如果允許EMI的裕量較低及/或降低的輸入耐浪涌能力，那么可以從中線上取掉輸入二極管D2,。在這類應用中,，D1需要是一個耐壓為800V的二極管。

2.2.2 關(guān)于LNK564開/關(guān)控制

該設(shè)計采用簡單的偏置繞組（T1脈沖變壓器/1.2）電壓反饋方式,，由LNK564進行開/關(guān)控制,。當開關(guān)關(guān)閉時，由R1及R2形成的電阻分壓器決定了脈沖變壓器T1偏置繞組上的輸出電壓,。在V/I曲線（見圖1（b））上的恒壓工作區(qū)域,，LNK564器件使能/禁止開關(guān)周期以維持FB引腳的電壓為1.69V。二極管D3及低成本陶瓷電容C3提供初級反饋繞組（T1/3.4）電壓的整流濾波功能,。當加重的負載超出恒定功率閾值,，F(xiàn)B引腳電壓開始隨電源輸出電壓的下降而降低,。內(nèi)部振蕩器頻率在這一區(qū)域內(nèi)線性下降，直到達到啟動頻率50%為止,。當FB引腳電壓下降到低于自動重啟動閾值（FB引腳通常為0.8V,，這相當于電源輸出電壓在1V到1.5V之間），電源將關(guān)斷100ms,，然后再重新開啟100ms,。它將會持續(xù)進行這一工作模式直到FB腳超過自動重啟動閾值。這一功能在輸出短路的情況下可降低平均輸出電流,。該方案中,，可將C3提高到0.47mF或更高來進一步降低空載耗。

由于LNK564中使用了限流調(diào)節(jié)技術(shù)從而使得限流點公差非常精確,，同時采用較新的變壓器結(jié)構(gòu)技術(shù)得以在初級電路中實現(xiàn)無箝位電路的設(shè)計,。峰值漏極電壓在265VAC輸入時可以控制在550V之下，對700V耐壓（BVDss）的MOSFET管來說有非常大的裕量,。

2.2.3 輸出電路管的選擇

輸出的整流濾波由輸出整流管D4和濾波電容C5來實現(xiàn),。

由于自動重啟動特性，平均短路輸出電流大大低于1A,，因而可以使用低成本的D4整流管,。輸出電路只要能處理電源輸出短路時的持續(xù)短路電流就可以了。二極管D4為超快恢復型二極管,，用來優(yōu)化輸出V/I特性,。備選電阻R3作為假負載,，在空載輸出時將輸出電壓加以限制,。盡管存在這個假負載，空載能耗在265VAC時仍能保持在140mW左右的目標范圍內(nèi),。通過將R3的值提高到2.2kW或更高,，就可滿足更低的空載能耗要求，并同時可將輸出電壓限制在9V以下,。如需要,，可將備選的Zener（齊納）嵌位二極管（VRl）安裝在電路板的左側(cè)的空白位置以便在開環(huán)情況下限制電源最大輸出電壓。

3 利用智能電源管理技術(shù)節(jié)省能源

近幾年來,，電源管理技術(shù)有飛躍的發(fā)展,，可供選擇的設(shè)計方案也越來越多。政府環(huán)保團體及消費者不斷向電子產(chǎn)品廠商施加壓力,，敦促他們增加產(chǎn)品功能的同時,，也必須降低系統(tǒng)的能耗。目前,，便攜式電子產(chǎn)品市場的發(fā)展尤其令人矚目,，例如,，無線通信產(chǎn)品不斷推陳出新，功能也越趨多樣化,，是帶動整個市場發(fā)展的功臣,。照目前的發(fā)展趨勢看，移動電話,、個人數(shù)字助理,、MP3播放機、數(shù)字相機及便攜式電子游戲機都朝著外型更小,、速度更高,、功能更齊備的方向發(fā)展。為了確保/通話時間/（即電池壽命）可以延長至滿意的水平,，工程師便一直致力于改善電源供應子系統(tǒng)的設(shè)計,。

便攜式電子產(chǎn)品的電池壽命取決于兩個關(guān)鍵因素，其一是電源轉(zhuǎn)換效奉,，而另一個因素是系統(tǒng)的能源管理方法,。電源轉(zhuǎn)換系統(tǒng)負責將電池的供電電壓盡量以最高的效率轉(zhuǎn)為設(shè)計規(guī)定的供電干線電壓，而能源管理系統(tǒng)則針對實際的應用情況,，實時提供剛好能滿足其需要的供電,，以節(jié)省能源。

3.1 PowerWise技術(shù)降低能耗

新—代的節(jié)能技術(shù)側(cè)重于調(diào)節(jié)處理器的頻率及電壓以降低能耗,。

對于以電池供電的系統(tǒng)來說,，究竟系統(tǒng)能否長時間處于開啟狀念，取決于其能耗的大小,。單單降低其頻率只會減少具平均功耗：但不會減少某一計算上作所需耗用的能源,。系統(tǒng)電壓必須調(diào)低，才可真正叫節(jié)省能源,。動態(tài)電壓調(diào)節(jié)（DVS）及自適應電壓調(diào)節(jié)（AVS）這兩種電源管理技術(shù)都可降低系統(tǒng)電壓,。

3.1.1 自適應電壓調(diào)整技術(shù)的優(yōu)點

用于跟蹤系統(tǒng)處理器的性能變化的嵌入式自適應電源控制器（APC）作出自適應電壓調(diào)整。APC通過一個PowerWise高速低電源接口將系統(tǒng)處理器的性能（頻率）,、溫度和處理變化準確地傳遞給外部適應電源管理芯片,。然后，該電源管理單元根據(jù)性能需求自動調(diào)整系統(tǒng)處理器的供給電壓,。以前的電壓調(diào)整方案都是開環(huán)回路,。CPU控制在頻率/電壓檢查表中維護的電壓，通過一個專用接口和電源管理電路來提供電壓,。檢查表中的值是否是假與最糟糕的情況底下的值,。自適應電壓調(diào)整減輕了CPU干擾并降低了閉環(huán)回路方式的壓。PowerWise技術(shù)提供的自適應電源管理與ARM的Intelligent Energy Manager提供的準確動態(tài)性能設(shè)置相結(jié)合,，提供了空前理想的結(jié)果,。

3.1.2 動態(tài)電壓調(diào)節(jié)（DVS）技術(shù)

對成不同的組合,，調(diào)節(jié)時便根據(jù)實際需要挑選最適用的電壓/頻率組合。己可提供多款電源管理集成電路PMIC,，其中包括可支持DVS模式的LP3906,、LP3907，以及可支持DVS和AVS兩種模式的LP5550,、P5551及LP5552,。動態(tài)電壓調(diào)節(jié)（DVS）技術(shù)可以節(jié)省耗電及能源，還為供電電壓預留一些額外的空間,，以支持不同上藝及溫度的系統(tǒng),，這個預留的額外中間雖然足以應付最環(huán)的情況，但實際應用時便會浪費較多耗電,。我們只要關(guān)閉系統(tǒng)的電源供應環(huán)路,，控制環(huán)路便可靈活調(diào)節(jié)操作電壓，并將之降至最低,，以便盡量節(jié)省能源,。PowerWise技術(shù)便是利用這個方法節(jié)能。

3.2 PowerWise特征

PowerWise接口（PW）可以支持智能的能源管理系統(tǒng)PowerWise是一種針對系統(tǒng)整體需要的能源管理技術(shù),，確保以電池供電的電子產(chǎn)品可利用自適應電壓調(diào)節(jié)（AVS）技術(shù)以及控制不同狀態(tài)的切換,。PowerWise技術(shù)采用閉環(huán)AVS系統(tǒng)搭配高速的串行電源管理總線，確保處理器無論在任何時候,，以任何頻率操作,，都可采用最低的電壓，以便將動態(tài)能耗降至最低,。

PowcrWise技術(shù)也可為處理器的電位阱提供偏壓,。由于供電電壓Vdd已調(diào)低：以減少動態(tài)損耗，晶體管的閾值電壓也必須調(diào)低,，以確保驅(qū)動電壓可以保持在較高的水平,，但缺點是漏電與靜態(tài)功率損耗會增加,。我們只要為電位阱提供反向偏壓,，漏電便會減少。此外,，以同—供電電壓（Vdd）為例來說,，我們也叫為電位阱提供正向偏壓，以提高驅(qū)動電壓,。

可以支持PowcrWise閉環(huán)AVS功能的標準系統(tǒng)配置必須有以下的基本元件：內(nèi)置于處理器之內(nèi)的先進電源控制器,、設(shè)有PWI從屬器的電源管理集成電路，以及將兩者連接一起的雙線PWI串行總線,。電源管理集成電路負責為處理器提供個同的電壓,，電壓大小則由先進電源控制器內(nèi)的PWI主控器負責調(diào)節(jié),，辨法是由主控器將有關(guān)的命令傳往PWI從屬器，再由相關(guān)的電路進行調(diào)節(jié),。

先進電源控制揣負責接收主處理脂的命令,，為電壓控制過程提供一個不受處理器影響的操作環(huán)境，以及實時跟蹤邏輯電路的操作速度,。先進電源控制器永遠處于戒備狀態(tài),，不斷監(jiān)測系統(tǒng)的一切參數(shù)，例如,，系統(tǒng)溫度,、負載、瞬態(tài),、工藝及其他有關(guān)的變動都會受到監(jiān)測,？每當先進電源控制器收到有關(guān)頻率即將轉(zhuǎn)變的消息，便會先行作出研判,，以確定若以新頻率操作,，系統(tǒng)最少需要多少供電才叫可穩(wěn)定操作。整個過程由閉環(huán)電路負責監(jiān)控,，例如先進電源控制器先將電電調(diào)節(jié)命令經(jīng)由PWI接口傳送到PWI從屬器,，然后再由伺服裝置將電壓調(diào)節(jié)到適當?shù)乃健?/p>

圖3為典型的利用PowcrWise技術(shù)降低耗能的芯片LP5552所具結(jié)構(gòu)示意框圖。其技術(shù)參數(shù)如下,。

LP5552輸出數(shù)目為7,。輸出電壓及電流有：2個降壓穩(wěn)壓器為0.8v to 1.235v輸出電壓，800mA的輸出電流,；5個降壓穩(wěn)壓器為0.8v to 3.3v輸出電壓,，高達250mA的輸出電流。

輸入電壓范圍為2.7V至4.8V,。接口為PWl 2.0,。封裝為micro SMD-38。

3.3 PowerWise技術(shù)應用

PowerWise技術(shù)是先進的能源管理解決方案,，主要針對當前和未來受能源所限制的數(shù)字設(shè)備,，適用于雙內(nèi)核處理器、手機,、便攜式收音機,、個人數(shù)字助理、以電池供電的電子產(chǎn)品以及便攜式設(shè)備,?？蓪?shù)字處理器的能耗降低70%，從而延長電池壽命、支持更多功能和改善使用者的體驗,。PowerWise采用自適應電壓調(diào)節(jié)（AVS）和閾值電壓調(diào)節(jié)等技術(shù),，將數(shù)字邏輯集成電路的工作和泄漏功耗自動降至最低，同時保持最小的系統(tǒng)開銷,。

PowerWise技術(shù)提供在單芯片系統(tǒng)和支持組件之間的一種優(yōu)化的閉環(huán)回路,，而無需CPU干涉。嵌入式PowerWise技術(shù)因為可以合成,，所以可不受處理器影響,。

4 結(jié)語

除上述選擇節(jié)能芯片和利用利用智能電源管理技術(shù)節(jié)省能源二個方面之外，需指出的是對于下不同類型的產(chǎn)品其節(jié)能技術(shù)方式也有所不同,。而電源排序技術(shù)的應用也是一種較為理想之方案,。因為在很多大功率系統(tǒng)中，空間和冷卻系統(tǒng)的成本都很高,。因此,，就任何POL轉(zhuǎn)換器而言，做到緊湊,、高效率并具有低靜態(tài)電流以滿足新的“綠色”標準都是極端重要的,。另外，很多微處理器和數(shù)字信號處理器（DSP）都需要一個內(nèi)核電源和一個輸入/輸出（1/( )）電源,，這些電源在啟動時必須排序,。設(shè)計人員必須考慮加電和斷電操作時內(nèi)核和I/O電壓源的相對電壓和時序，以符合制造商的性能規(guī)格要求,。沒有恰當?shù)碾娫磁判?，就可能出現(xiàn)閉鎖或過大的電流消耗，這有可能導致微處理器I/O端口損壞,，或存儲器,、可編程邏輯器件（PLD）、現(xiàn)場可編程門陣列（FPGA）,、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器等支持性器件的I/O端口損壞,。

   來源：維庫