為我們的設(shè)備設(shè)計一個更智能的零待機(jī)功耗的電源方案

某些電器，尤其是那些插入交流電源的電器，即使在您表面上將其關(guān)閉后仍會繼續(xù)耗電。事實上，家庭消耗的能源中有 5% 至 15% 來自電器待機(jī)電源。節(jié)能技術(shù)有助于將待機(jī)功耗保持在零功耗水平，同時始終連接到 Wi-Fi®，這將是下一代設(shè)備的主要趨勢。

國際電工委員會 (IEC) 62301:2011 規(guī)定了在待機(jī)和相關(guān)低功耗模式（關(guān)閉模式和網(wǎng)絡(luò)模式）下測量電能消耗的方法。這些方法適用于電壓范圍全部或部分在100V AC和250V AC（單相產(chǎn)品）和130V AC（交流）和480V AC（其他產(chǎn)品）之間的電氣產(chǎn)品。IEC 62301:2011 的第 4.5 條將小于 5mW 的測量歸類為零功率，這現(xiàn)在是零功率營銷活動的基礎(chǔ)，作為電子設(shè)備和電器中空載待機(jī)功耗的目標(biāo)。符合此 IEC 要求的產(chǎn)品可以獲得零功率標(biāo)簽。

大多數(shù)家用電器需要一個偏置電源和雙電源軌為整個系統(tǒng)提供 3.3V 的系統(tǒng)控制器和 12V 的電源模塊。圖 1 顯示了具有4mW零待機(jī)功耗和15W雙隔離輸出偏置電源參考設(shè)計 ，它提供 3.3V 和 12V 雙隔離輸出，同時在待機(jī)模式下也實現(xiàn)了極低的功耗：115V交流輸入時為 3mW ，4.4mW在 230V交流輸入時。此參考設(shè)計非常適合需要最低待機(jī)功耗、高效率和故障保護(hù)的隔離式離線系統(tǒng)。

圖 1：15W 雙隔離輸出偏置電源參考設(shè)計框圖

實現(xiàn)零功率的傳統(tǒng)方法是使用機(jī)械開關(guān)或繼電器來切斷主電源路徑。但這種方法也確實會切斷 Wi-Fi 或任何觸摸鍵或接近傳感器的電源，這些傳感器通常會在需要時喚醒系統(tǒng)。圖 1 中的參考設(shè)計顯示了實現(xiàn)零待機(jī)功耗的基本電源拓?fù)洹＜词乖诖龣C(jī)期間，它也能保持微控制器 (MCU)、觸摸鍵控制器、任何傳感器、Wi-Fi、發(fā)光二極管 (LED) 驅(qū)動器或任何其他所需部件的最小功能和組件，并允許多次喚醒這樣的選擇。因此，可以將系統(tǒng)分為兩部分：“待機(jī)時活動”和“開機(jī)時活動”。

根據(jù)系統(tǒng)配置，有兩種設(shè)計電源樹的選項。對于選項之一，圖 2 顯示了具有額外備用路徑的單電源系統(tǒng)的框圖。

圖 2：具有額外備用路徑的單電源系統(tǒng)框圖

在正常運行時，圖2中的系統(tǒng)使用電磁干擾（EMI）濾波電路和具有較大泄漏電流的大電容器（C large）運行。在待機(jī)模式下，UCC28730 反激式控制器在極低的開關(guān)頻率 (32Hz) 下工作，UCC24650 電壓監(jiān)控器的 ENS 引腳將繼電器切換到額外的待機(jī)路徑，該路徑使用一個漏電流小得多的小電容器 (C small )并且沒有EMI濾波器。

對于具有更高功率能力的主要電器，圖 3 展示了第二種選擇，其中電源樹被分成一個高功率路徑，包括功率因數(shù)校正 (PFC)、DC/DC 轉(zhuǎn)換器和 DC/AC 逆變器和輔助電源。

圖 3：帶有偏置電源的電源轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)框圖

在“ON”模式期間，UCC28730 反激控制器用作主功率級的輔助電源。在待機(jī)模式下，UCC24650 的 ENS 引腳會關(guān)閉繼電器并斷開主功率級。只有反激式轉(zhuǎn)換器連接到電源線。

Wi-Fi 是物聯(lián)網(wǎng) (IoT) 的一項關(guān)鍵技術(shù)，而智能家電的關(guān)鍵特性之一是通過無線連接或云端進(jìn)行遠(yuǎn)程控制。得益于最新的技術(shù)進(jìn)步，即使對于 Wi-Fi 處于“始終連接”模式的系統(tǒng)，也可以實現(xiàn)零功耗待機(jī)。

為了驗證和測試這一點，SimpleLink? Wi-Fi CC3220SF 無線 MCU LaunchPad? 開發(fā)套件 由具有 4mW 零待機(jī)功耗參考設(shè)計的 15W 雙隔離輸出偏置電源供電，并配置為“始終連接”低功耗模式連接到接入點時。在此模式下，設(shè)備可以進(jìn)入深度睡眠模式，在該模式下電壓電平降低、快速時鐘關(guān)閉且存儲器處于保留模式。為了保持與兩個套接字之間的接入點的連接，一個特殊的信標(biāo)在每個長睡眠間隔期間保持聯(lián)系。圖 4 顯示了一個使用參考設(shè)計為 Wi-Fi 供電的系統(tǒng)。系統(tǒng)采用3.3V輸出，12V輸出無負(fù)載。該IMETER-BOOST評估模塊 (EVM) 監(jiān)控 3.3V 電源的電流，交流電源提供 VAC IN，數(shù)字功率計監(jiān)控整個系統(tǒng)的功耗。圖 5 顯示了交流輸入功耗。

圖 4：為 Wi-Fi 供電并滿足零待機(jī)功耗的系統(tǒng)

當(dāng)輸入電壓為110V AC時，待機(jī)功率為3.86mW；當(dāng)輸入電壓為230V AC時，待機(jī)功率為4.217mW。因此，該系統(tǒng)的待機(jī)功耗低于 5mW，可以獲得零功耗標(biāo)簽。

圖 5：110VAC IN和 230VAC IN下的待機(jī)功率測試結(jié)果

能源部清潔能源標(biāo)準(zhǔn) Tier 2 和 Level VI 能效等能源標(biāo)準(zhǔn)變得更加嚴(yán)格。這些標(biāo)準(zhǔn)推動了家電應(yīng)用對更高效率和更低待機(jī)功耗的需求。15W 電源參考設(shè)計展示了 UCC28730 如何在不犧牲啟動時間的情況下提供超低待機(jī)功耗。它從 5mW 的功率預(yù)算中留出足夠的余量，以通過多種喚醒選項（包括 Wi-Fi）實現(xiàn)“零功耗待機(jī)”，同時降低通用輸入的功耗。