如今,，隨著能源需求的持續(xù)走高,，各國政府和節(jié)電機(jī)構(gòu)越來越關(guān)注電源轉(zhuǎn)換能效和待機(jī)能耗。由于許多設(shè)備始終處于通電但又不執(zhí)行特定功能的狀態(tài),，因此在全球范圍內(nèi)推出了多種自愿性和強(qiáng)制性規(guī)范標(biāo)準(zhǔn),。這些新標(biāo)準(zhǔn)著眼于降低空載待機(jī)能耗，最低要求限制在0.3W。由于這種空載模式的能耗負(fù)擔(dān)與日俱增,，主要的電視制造商正尋求進(jìn)一步改善性能,，將待機(jī)能耗限制在0.1W以下。盡管這并非強(qiáng)制性能要求,，但它將有助于推動(dòng)ECO待機(jī)模式的普及,。
除了選擇ECO待機(jī)模式外，還可以采用完全關(guān)閉模式,，這種模式著眼于將能耗降低至25mW以下,，甚至達(dá)到0W。如果最傳統(tǒng)的方案是使用總電源開關(guān),，稍后我們將看到在成本和安全性指標(biāo)上更優(yōu)的另一種方案,。
最終，電視制造商們會(huì)意識(shí)綠色產(chǎn)品能夠帶來更多的市場收益,，在關(guān)注能源成本上升,、具有環(huán)保意識(shí)的消費(fèi)者面前，突顯他們產(chǎn)品的與眾不同,。
概覽
ECO待機(jī)電源轉(zhuǎn)換器可提供極低能耗,，也支持完全待機(jī)功能，可通過遙控,、紅外線(IR)功能和外設(shè)控制打開電視(歐盟SCART規(guī)范),。轉(zhuǎn)換器在待機(jī)模式下消耗的電流應(yīng)當(dāng)?shù)陀?mA(或能耗低于40mW)，從而確保電視的總能耗低于90mW,。這可能要求采用專用待機(jī)微處理器(µP),，后者已成為用于ECO待機(jī)模式的一種更先進(jìn)的技術(shù)。
傳統(tǒng)固定頻率開關(guān)穩(wěn)壓器在提供最大輸出功率方面的性能極佳,，但由于采用使用壓縮電流來減輕可能的噪聲問題的跳周期模式,，它們并不提供最佳的極低輸出功率性能。我們過去喜歡采用磁滯模式開關(guān)穩(wěn)壓器,，通過輕載和限制開關(guān)損耗來減少開關(guān)周期的數(shù)量,。
即使總電源開關(guān)配合陰極射線管(CRT)電視在歐洲和亞洲被廣泛使用，單平板電視并不需要部件遵從安全/標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范(電壓不高于4kV),。雖然并非強(qiáng)制性要求,，但我們看到越來越多的平板電視開始配備總電源開關(guān)來支持“綠色關(guān)機(jī)模式”。雖然這種方案看上去最簡單,，但為了避免滋生安全問題及著火風(fēng)險(xiǎn)(可能需要氧化釩(VO)機(jī)殼塑料材料),，高峰值浪涌電流及開關(guān)周圍所需的隔離(開關(guān)和線纜與電視機(jī)殼金屬部件之間的主隔離)則使得機(jī)械設(shè)計(jì)既復(fù)雜又昂貴。開關(guān)在機(jī)殼中的位置也很重要,，由于線纜位置可能導(dǎo)致EMI濾波器成為“旁路”元件,，因此可能會(huì)增加電磁干擾(EMI)問題,。
由于ECO待機(jī)方案在空載條件下的性能極佳，我們能夠提供主電源端能耗低于25mW的關(guān)閉模式,。該關(guān)閉模式由連接在次級端的小型低壓/低成本開關(guān)來控制,，不會(huì)增加任何隔離和EMI問題。這方案符合最嚴(yán)格的安全要求,，不允許電視開關(guān)導(dǎo)通(否則開關(guān)關(guān)閉),，并且在任何安全測試中的能耗都不高于15W。
為了能夠在待機(jī)和關(guān)閉模式下保持如此低的能耗,，我們使用繼電器來斷開在這些模式下未被使用的元件的連接,。繼電器直接采用5V待機(jī)電源供電，并由電視機(jī)微處理器控制,，在待機(jī)模式下可以避免約100mW的寄生能耗(PFC外圍元件和主電源濾波器X2個(gè)電容放電阻抗)。
待機(jī)開關(guān)電源應(yīng)當(dāng)采用直接連接至主電源輸入(在繼電器前面)的專用二極管供電,。由于待機(jī)模式下的功率受到限制,，單相整流就足夠了，由PFC輸出“轉(zhuǎn)移而來的電能(take over)” 利用400V電壓為待機(jī)開關(guān)電源供電,，該400V電壓源自工作模式下PFC,，能夠在5V待機(jī)輸出端提供高達(dá)7.5W的功率(1.5A電流)。
待機(jī)開關(guān)電源初級端
由于嵌入了啟動(dòng)穩(wěn)壓器,，待機(jī)開關(guān)穩(wěn)壓器IC100能夠在主電源電壓范圍內(nèi)短時(shí)間啟動(dòng)(90Vac電壓時(shí),，啟動(dòng)時(shí)間短于20ms)。此IC采用磁滯模式工作,，內(nèi)部限制最大恒定初級電流,，提供穩(wěn)壓功能，并以可變周期調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)換的能量,。為了在待機(jī)模式下提極低輸出能耗,，該控制器采用極低頻率工作，使每個(gè)周期保持同樣的最大電流,，大幅減小開關(guān)損耗,，從而為低能耗/ECO模式提供高能效(在90Vac電壓下，空載時(shí)的71Hz跳周期模式頻率上升至322Hz,，從而提供8mA/40mW的輸出),。
待機(jī)開關(guān)電源次級端
該電源設(shè)計(jì)提供單5V待機(jī)電源，在導(dǎo)通模式下具有最高1.5A電流,。TLV431(即分流穩(wěn)壓器IC101)用于穩(wěn)壓,，降低ECO模式的電流消耗(因?yàn)闃O化需要更低的電流)，并為5V電源提供更大的電壓裕量,。
功能型關(guān)閉開關(guān)
該開關(guān)可以比總電源開關(guān)小很多,，僅要求10V電壓和2A的直流電流,。開關(guān)被連接在次級端，不需要與電視機(jī)殼的金屬部件有任何隔離,，且在電壓低于10V時(shí)不存在任何著火風(fēng)險(xiǎn),。
整個(gè)方案滿足了安全性要求，不允許電視機(jī)在開關(guān)沒有動(dòng)作的前提下就切換至導(dǎo)通/工作模式,，并在任何安全測試(短路或任何電器部件開路)中都能確保主電源端的能耗低于15W,。
在沒有輸出負(fù)載時(shí)待機(jī)電源仍將保持工作，采用230Vac供電時(shí),，主電源端的能耗小于25mW,。該方案采用更低成本實(shí)現(xiàn)了更高的性能，并且避免了可能的安全問題,，為電源總開關(guān)提供了極佳的備選方案,。
圖3 待機(jī)開關(guān)電源次級端電路圖
待機(jī)/導(dǎo)通控制及過壓保護(hù)(OVP)
源自電視機(jī)微處理器的“待機(jī)”控制將控制電源，使系統(tǒng)能夠進(jìn)入導(dǎo)通/工作模式,，或迫使其處于待機(jī)模式,。由于“待機(jī)”控制高達(dá)5V的電壓，信號(hào)晶體管驅(qū)動(dòng)繼電器利用主電源電壓為PFC供電,，同時(shí)驅(qū)動(dòng)光耦合器,，以待機(jī)電源輔助電壓VCC1為所有初級控制器/IC供電。
當(dāng)電視進(jìn)入待機(jī)模式時(shí),，繼電器和光耦合器都將由待機(jī)控制線路變?yōu)榈碗娖蕉P(guān)閉,。
次級5V待機(jī)輸出對地短路
在輸出對地短路的情況下，IC中的電流將保持為相同的峰值,，但由于不能完成能量的傳遞,，系統(tǒng)將采用連續(xù)導(dǎo)電模式工作，變壓器,、IC和二極管中的均方根(RMS)電流要高得多,。
由于關(guān)閉了穩(wěn)壓功能，驅(qū)動(dòng)穩(wěn)壓引腳的控制器就沒有反饋,。而由于沒有反饋控制,，IC將停止工作，直到Vcc電壓降到足夠低以實(shí)現(xiàn)重啟,。電源將以低頻(約7kHz)升壓或跳周期模式工作,，關(guān)閉時(shí)間占70%，從而避免出現(xiàn)任何過溫或安全問題,。
總體能耗及能效表現(xiàn)
• 關(guān)閉模式/空載時(shí),，輸入功率低于25mW;
• 5V待機(jī)時(shí)，輸入功率低于90mW,，輸出功率為40mW;
• 輸入電壓為90Vac時(shí),，在待機(jī)模式下5V待機(jī)端的電流消耗最大為500mA ;
• 輸入電壓為230Vac時(shí),，在待機(jī)模式下5V待機(jī)端子的電流消耗最大為1.5A ;
• 導(dǎo)通模式下，以源自PFC的400Vdc供電時(shí),，電流消耗最大為1.5A,。
圖4 安森美半導(dǎo)體最新電視電源GreenPoint參考設(shè)計(jì)中的ECO待機(jī)電源
結(jié)論
針對電視應(yīng)用，現(xiàn)在可以采用能耗低于90mW,、提供完整待機(jī)功能及符合所有規(guī)范要求的ECO待機(jī)模式,。盡管這種模式要求專用額外的待機(jī)開關(guān)電源，但它無需復(fù)雜設(shè)計(jì)就具備大功率的轉(zhuǎn)換器功能,，能夠提供很高的待機(jī)模式性能(對能效和安全性至關(guān)重要的額外開關(guān)),。尤為重要的是，這種方案由于具備極佳的“空載”性能,，能以經(jīng)濟(jì)的“關(guān)閉”模式進(jìn)一步降低能耗,，還有助于提升可靠性，避免傳統(tǒng)高壓總電源開關(guān)方案附帶的安全風(fēng)險(xiǎn),。