待機功耗特低的開關電源

摘要：簡要介紹了功率MOSFET驅(qū)動器MC44608的組成和特點，著重描述了以MC44608為核心的待機功耗開關電源的典型應用和由MC44608構(gòu)成的80W TV電源的實用電源，并對設計應用中的幾個問題進行了討論。

    關鍵詞：低待機功耗 SMPS TV電源 MC44608

1 引言

當今，社會、家庭和辦公室中的各種裝置的待機損耗已成為污染的重要來源。通常，電視接收機、監(jiān)視器、打印機、傳真機等家電產(chǎn)品的能量消耗都有兩種截然不同的模式：即運行模式和待機模式。運行模式時，在保證同樣系統(tǒng)性能的前提下，可以通過降低各部分能耗來實現(xiàn)節(jié)能（如電源交率直接影響系統(tǒng)總線耗等）。而待機模式則有所不同，這些電路中的喚醒單元是永久供電的，以便隨時準備使整個系統(tǒng)重新運行。

對于任何由墻式電位插座供電的裝置，待機模式的功耗目標為1W。傳統(tǒng)的辦法是斷開負載而保持電源運行，即禁止模式，但此時系統(tǒng)的泄漏功率難以消除。為解決以上問題，可采取在待機模式期間完全斷開電源，設置一個微功率副電源支持喚醒單元的辦法來解決。MC44608控制器即可適應這種需求，利用它可設計出高效率的待機功耗綠色開關電源。

圖1 MC44608的內(nèi)部結(jié)構(gòu)原理框圖

2 MC44608的特點和構(gòu)成

2.1 MC44608的特點

MC44608由于采用了有效的SMPS狀態(tài)檢測技術，因而可用次極重新配置來實現(xiàn)泄漏功率抑制。該器件的特點如下：

*采用了高效PWM和低功耗特機的脈沖模式技術；

*芯片振蕩器開關頻率有40kHz、75kHz和100kHz三種可供選用；

*具有占空比控制、欠壓鎖定、過壓保護、去磁保護、內(nèi)部熱保護等多種功能；

*可用程序控制待機開關。

*具有較低的dV/dT，可保證較低的EMI輻射。

2.2 MC44608的構(gòu)成

MC44608的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖1所示，它是一個功率MOSFET驅(qū)動器，采用DIP-8塑封，它具有反激SMPS控制器的所有基本功能，其中包括一具有500V電壓能力的集成啟動電源、一個內(nèi)部固定頻率振蕩器（頻率有三個：MC44608P40為40kHz，MC44608P75為75kHz，MC44608P100為100kHz）、一個保證斷續(xù)電流模式工作的變壓器去磁檢測系統(tǒng)（亦可工作于自激振蕩器SOPS或準諧振模式）、一個允許光閉環(huán)調(diào)整的并聯(lián)調(diào)整器、一個用于兩種模式（正常和脈沖模式）且完全可編程的過流檢測和防止調(diào)整失控的過壓保護等。

圖2 MC44608的構(gòu)成的待機功能為1W的80W TV電源電路

3 MC44608的應用電路

3.1 低待機動耗80W TV電源電路

圖2是以MC44608為核心構(gòu)成的一款低待機功耗80W TV電源電路。電路中采用箝位和緩沖網(wǎng)絡降低了EMI輻射，從而提高了較高線電壓功率開關的擊穿安全容限。所用變壓器為Thomson-OREGA公司生產(chǎn)的10642520-P1，其性能指標見表1所列。

表1 變壓器的性能指標

項  目 匝  數(shù) 參數(shù)值 引  腳 初級 40 180mH 1-3 112V 40 - 14-12 16V 6 - 11-10 8V 3 - 9-8 輔助繞組 4 - 6-7 初級峰值電流 　 3A 　

當工作于激勵模式時，MC44608用于提供常規(guī)反激控制器性能。其中兩個獨立過壓保護（一個感測Vcc，另一個感測備用繞組電壓）可提供很高的安全電平。由于第二個OVP與Vcc平滑電容無關，故反應迅速。去磁檢測可在安全間斷電源模式時改善電路的短路特性。該電路在脈沖工作模式時的輸出功率接近1W。此外，在待機模式下，還可以靠降低功率元件上的電壓來提高安全電平。同時適當選擇Ton和Toff周期和振蕩器的開關頻率可使電流運行在SOPS模式。

3.2 MC4408構(gòu)成的SMPS電源電路

圖3是由MC44608構(gòu)成SMPS電源的實際應用電路原理圖。該電路是一種以待機功耗為1W的150W SMPS電源為背景進行設計的。電路中的變壓器初級采用光耦合器IPT1進行隔離，以避免初次級之間的相互影響。

112V輸出被連接到TL431的分壓器進行調(diào)整，其注入到光電隔離器件的電流正比于112V的dVout偏差電壓。此電流通過光電隔離器件饋入MC44608的腳3后，再由MC44608內(nèi)部的并聯(lián)調(diào)整器變換為電壓，以使電壓模式PWM控制器控制功率開關。

在變壓器次級，用與TO-92晶閘管MCR22-6串聯(lián)的快速二極管和阻容網(wǎng)絡（4.7kΩ、120pF）可使晶閘管占火與TMOS關斷（在反饋電壓的上升沿）同步。在SMPS正常模式，阻容網(wǎng)絡產(chǎn)生的尖峰脈沖可通過待機開關直接到地。待機開關可由任何喚喚醒單元（如圖2中μP等）控制。

圖3 MC44608構(gòu)成的SMPS電源電路

4 設計應用中的幾個問題

4.1 SMPS次級的重新配置

SMPS變壓器是通過初級/次級進行能量傳輸，并根據(jù)初級繞組與各次繞組間的匝比確定輸出電壓。在正常模式期間，其輸出必須被調(diào)整列具有最好的穩(wěn)定性。

次級重新配置的原理是對所希望調(diào)整輸出的繞組匝數(shù)比進行調(diào)節(jié)，可采用SMPS次級開關來實現(xiàn)。這種開關結(jié)構(gòu)建立了變壓繞組與喚醒單元電源干線之間的連接。在待機模式，當開關閉合時，在ON周期存儲在變壓器初級組中的電流將不再傳輸給相應的輸出高壓繞組，而是注入到低壓繞組。其結(jié)果是停止向高壓輸出供電，并迅速向低壓輸出供電。而在正常模式，通過TL431可以調(diào)整對能量需求的急劇增加，與TL431并聯(lián)的齊納二極管可確保低干線電壓的調(diào)整。

4.2 脈并中模式工作時的SMPS負載禁止

SMPS次級重新配置對SMPS工作狀態(tài)的另一個影響相當于電流源的高壓繞組被偏置在低電壓下，此時在112V輸出端得到的電壓將變?yōu)?1.2V，16V輸出變?yōu)?.6V，Vcc降到1.2V，顯然在此條件下，MC44608將停止工作。因此，當達到欠壓鎖定電平時，芯片將進入等待狀態(tài)。在等待狀態(tài)結(jié)束時，芯片可借助啟動Vcc平滑電容C7的重新充電過程和啟動狀態(tài)來重新啟動電源，但若次級重新配置仍然工作，則將重復相同的關閉時序。

4.3 工作模式的啟動選擇

通過MC44608工作模式的自動選擇特性可使待機電源自動檢測SMPS次級是配置在正常模式還是脈沖模式。執(zhí)行此功能不需通過芯片上的任何特殊引腳，也不需另外的元件。此原理是以每個能量包結(jié)束時的調(diào)整器狀態(tài)存儲為基礎的。兩種類型的脈沖模式各自對應于不同功能，其中打隔模式對應于次級過載，脈沖模式對應于次級重新配置啟動。

圖4 不同芯片的狀態(tài)相

    在打嗝模式期間，最重要的特性是確保器件不損壞。在此條件下，功率元件（變壓器、MOSFET和二極管等）必須保持在一個可接受的溫度范圍內(nèi)。為保證這種狀態(tài)，脈沖占空因數(shù)只占脈沖周期的10％。不同芯片的狀態(tài)相如圖4所示。

5 結(jié)束語

綠色電源是當今電源領域的熱點之一。待機功耗小于1W是電源設計師追求的目標。TV電源等一些家庭辦公裝置中的電源采用MC44608可實現(xiàn)待機功耗小于1W的目標，并可簡化電路、降低成本，提高可靠性，減少開發(fā)周期。

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