如何实现零空载功率

我们都做过，把手机充电器留在家里或办公桌上，但手机本身就在我们的口袋或手中。没什么大不了的，对吧?实际上，这是一件大事。当我们意识到有数百万个这样的充电器时，基本上什么都不做的未使用充电器消耗的功率相当可观，消耗了大约 10% 的国内功率消耗。

减少消耗的一种可靠方法是在充电器未主动使用设备时拔下充电器，旧习难改。因此，与其试图说服消费者拔掉插头，不如让我们作为电源设计师设计一个充电器或适配器，在空载状态下(也称为空载)消耗尽可能少的功率或待机)。

那么不拔插头你能走多低呢?领先的手机制造商最近建立了一个评分表评级系统，其中根据空载功耗授予星级，以鼓励适配器设计为最小待机功耗。尽管有五星级的要求，但最终目标是将目标评级降低到“零功耗”解决方案。如果在 230Vac 的输入电压下测量其空载功率小于 5mW，则适配器被视为零功率。实现低于 5mW 的空载功率并非易事，因为它涉及与其他设计目标的妥协。

德州仪器的了一款芯片组：UCC28730零功率初级侧调节 (PSR) 反激式控制器和唤醒监控以及用于快速瞬态 PSR 的UCC24650 200V 唤醒监控器。该芯片组提供了广泛的功能，可实现 <5mW 的待机功率设计，而不会影响快速瞬态响应、低组件数量和小尺寸等设计目标。图 1 显示了UCC28730 / UCC24650芯片组的典型应用。

图1：使用UCC28730 / UCC24650的典型反激式转换器应用

高压启动开关消除了与启动电阻相关的恒定损耗。PSR 减少了光耦合器和稳压器的组件数量和相关的偏置损耗。UCC28730的欠压锁定 (UVLO) 迟滞允许 VDD 电压在待机期间降至约 8V，而不会触发 UVLO。在空载条件下使用(例如)12V 的低偏置电压与低等待状态电源电流(通常为 52µA)相结合，只会“花费”大约 0.624mW。UCC24650还具有非常低的偏置电流(通常为 41µA)，并直接从输出轨偏置，因此 5V 适配器的功耗约为 0.205mW。总偏置功率使用的总功耗预算不到 0.830mW。

需要考虑的不可避免的损耗是与输出电容器和肖特基二极管相关的次级侧泄漏损耗。典型的 10W 设计可能导致与偏置功率相当的泄漏损耗。组合的偏置功率和这些泄漏损耗构成了每个开关周期需要传递的最小能量。

传递这种能量的行为会产生与每个开关周期消耗的能量成比例的损耗。降低待机功耗的最佳整体方法是降低开关频率并最大限度地减少空载条件下的峰值电流。UCC28730控制律的宽动态范围将峰值电流降低到其满负载值的三分之一，并允许开关频率在空载时降至 32 Hz，从而在维持待机运行的同时保持低动态开关损耗.

在空载功耗最小化的情况下，需要考虑其余的设计目标。低开关频率通常需要大输出电容以在大负载瞬态期间维持输出电压调节。UCC24650旨在向UCC28730发送唤醒信号，因此它可以快速响应负载变化，从而最大限度地减少输出电压下降，而无需大输出电容器。

UCC28730 / UCC24650芯片组可以通过最大限度地减少自身对待机功耗的贡献来帮助实现零功耗状态，同时仍以最大限度地降低系统级损耗的方式运行。UCC28730和UCC24650一起需要不到 1mW 的功率才能在待机期间保持活动状态，但仍准备好响应突然的重负载阶跃。UCC28730的宽动态控制范围降低了待机期间的开关频率和峰值电流。UCC24650唤醒监视器无需外部组件且偏置功率最小，是对初级侧UCC28730的补充以满足空载功率和瞬态响应。我们仍然必须严格注意每一个可能的贡献者，以确保将集体待机损耗降至最低，但使用UCC28730和UCC24650可以实现五星级甚至零功耗。