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[導(dǎo)讀]現(xiàn)代產(chǎn)品法規(guī)要求更低的待機(jī)功耗和更高的效率。滿足這些要求的策略可能是使用復(fù)雜的電源時(shí)序控制關(guān)閉部分電源系統(tǒng)以提高輕載效率。此外,關(guān)閉如PFC等電源系統(tǒng)的部分需要將下游功率轉(zhuǎn)換器設(shè)計(jì)用于寬輸入電壓范圍。UCC28056架構(gòu)和突發(fā)模式等功能使設(shè)計(jì)能夠滿足這些現(xiàn)代電源要求,使PFC級(jí)在所有電源模式下保持開(kāi)啟狀態(tài)。

1前言

隨著產(chǎn)品法規(guī)持續(xù)要求在這些關(guān)鍵領(lǐng)域提高性能,效率和待機(jī)功耗已成為離線應(yīng)用中關(guān)注的重點(diǎn)。這種關(guān)注需要采用復(fù)雜的功率策略以滿足這些要求,例如在低功耗模式下關(guān)閉PFC。這種策略雖然有效,但極大地增加了系統(tǒng)設(shè)計(jì)的復(fù)雜性,也增加了PFC下游的DC/DC轉(zhuǎn)換器設(shè)計(jì)的負(fù)擔(dān),使其無(wú)法處理更寬的輸入電壓范圍。UCC28056器件專為解決此問(wèn)題而設(shè)計(jì),可在整個(gè)負(fù)載范圍內(nèi)保持高效率,使設(shè)計(jì)人員即使在低功率模式下也能保持PFC開(kāi)啟狀態(tài)。本應(yīng)用指南介紹了使用UCC28056優(yōu)化過(guò)渡模式PFC設(shè)計(jì)以提高效率和待機(jī)功耗的設(shè)計(jì)決策。

2 功耗標(biāo)準(zhǔn)

12總結(jié)了美國(guó)能源部(DOEVI級(jí)對(duì)銘牌輸出功率為50 mW及以上的應(yīng)用的功耗要求。

1.DOE VI級(jí)(50 W249 W

1.png

2.DOE VI級(jí)(>250 W

2.png


3總結(jié)了《歐盟行為準(zhǔn)則》(CoCII級(jí)對(duì)銘牌輸出功率為50 W250 W的應(yīng)用的功耗要求。在撰寫(xiě)本文時(shí),未獲知銘牌輸出功率大于250 W的要求。

3.CoC II級(jí)功耗要求

3.png

應(yīng)該注意的是,CoC II級(jí)考慮了10%負(fù)載下的輕載效率點(diǎn),該負(fù)載下的效率通常因靜態(tài)損耗和較低的輸出功率而受到影響。在10%負(fù)載下效率較低,因此在其他四個(gè)調(diào)節(jié)效率點(diǎn)上需要更高的效率以滿足最小平均效率。

3 優(yōu)化效率和待機(jī)功耗

為了說(shuō)明優(yōu)化待機(jī)功耗和效率的方法,請(qǐng)考慮以下85 VAC265 VAC,165 W設(shè)計(jì),如圖1所示。

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1.UCC28056設(shè)計(jì)示例

4 突發(fā)模式運(yùn)行

UCC28056實(shí)現(xiàn)了突發(fā)模式功能,進(jìn)一步改善了輕載效率和待機(jī)功耗。此外,在進(jìn)入突發(fā)模式后,導(dǎo)通時(shí)間脈沖寬度在前4個(gè)開(kāi)關(guān)周期內(nèi)斜坡上升。此外,在退出突發(fā)模式之前,導(dǎo)通時(shí)間脈沖寬度在最后4個(gè)開(kāi)關(guān)周期內(nèi)斜坡下降。這種軟導(dǎo)通和軟關(guān)斷策略在進(jìn)入突發(fā)模式后在前4個(gè)周期內(nèi)增加線路電流,并在最后4個(gè)周期內(nèi)降低線電流。此功能可在輕載條件下限制可聽(tīng)噪聲和對(duì)EMI濾波器的干擾。

進(jìn)入和退出突發(fā)模式通過(guò)應(yīng)用于COMP引腳電壓的兩個(gè)比較器閾值實(shí)現(xiàn)。兩個(gè)比較器閾值的平均電壓約為VCOMP_Max11%,這意味著在每個(gè)突發(fā)周期期間傳遞的功率約為最大輸出功率的11%。

在突發(fā)開(kāi)啟期間,PFC級(jí)的效率大約等于PFC轉(zhuǎn)換器在11%負(fù)載下的效率。在突發(fā)關(guān)閉期間,UCC28056的電流消耗降至125μA。在沒(méi)有轉(zhuǎn)換動(dòng)作發(fā)生的突發(fā)關(guān)閉期間的功率損耗主要由PFC級(jí)內(nèi)的靜態(tài)功率損耗決定。等式1提供了待機(jī)功耗性能的近似值

5.png

當(dāng)PFC級(jí)上的負(fù)載降低到10%以下時(shí),突發(fā)期間的頻率也會(huì)降低,以保持輕負(fù)載的高效率。

5 限制靜態(tài)損耗

電路內(nèi)器件的靜態(tài)損耗會(huì)提高待機(jī)功耗。例如橋式整流器、升壓二極管和MOSFET中的傳導(dǎo)損耗,本節(jié)為選擇合適的值以降低PFC級(jí)中的功率損耗提供了指導(dǎo)。

5.1 分壓器

VOSNS引腳連接到內(nèi)部跨導(dǎo)放大器的反相輸入,用于通過(guò)電阻分壓器設(shè)置PFC級(jí)輸出調(diào)節(jié)點(diǎn)。由于典型的PFC輸出電壓約為400 V,因此反饋分壓器中的靜態(tài)功率損耗可能很大,并且是導(dǎo)致高待機(jī)功耗的主要原因之一。等式2VOSNS分壓器中的靜態(tài)功耗:

6.png

其中VBLK是PFC級(jí)的輸出電壓,ROS1是分壓器的頂部電阻,ROS2是分壓器的底部電阻。對(duì)于400 V的輸出電壓和1MΩ的總反饋電阻,反饋分壓器的靜態(tài)損耗為160 mW。因此,使用盡可能大的反饋電阻是有利的。但是,由于VOSNS偏置電流IOSNSBias的影響,較大的ROS1值會(huì)導(dǎo)致調(diào)節(jié)精度下降。等式3顯示了調(diào)節(jié)精度與ROS1電阻之間的關(guān)系:

7.png

其中IOSBiasVOSNS引腳的偏置電流。最大IOSNSBias電流為100 nA。等式4確保由于IOSNSBias造成的輸出電壓調(diào)節(jié)降低不到1%:

8.png

1對(duì)于390 V的輸出電壓,ROS1的最大值為39MΩ。可以使用等式5計(jì)算ROS2的相應(yīng)值,其中VOSReg是基準(zhǔn)電壓,2.5 V

9.png

如果使用3×10-MΩ電阻作為ROS1,使用100kΩ+93.1kΩ作為ROS2,則VOSNS分壓器的總待機(jī)功耗為5 mW

5.2 UCC28056 + UCC25630x反饋/ BLK分壓器

對(duì)于在PFC級(jí)下游使用LLC轉(zhuǎn)換器的AC/DC系統(tǒng),可以將VOSNS電阻分壓器配置為用作過(guò)渡模式升壓PFC級(jí)的反饋分壓器和LLC控制器UCC25630xBLK引腳分壓器,如2所示。這種方法通過(guò)消除整個(gè)AC/DC系統(tǒng)解決方案中的額外高壓分壓器,大大降低了靜態(tài)功耗。

10.png

2.UCC28056UCC25630x的結(jié)合高壓分壓器

為了適應(yīng)UCC28056和UCC25630x的不同電阻分壓比,需要兩個(gè)電阻抽頭。將PFC儲(chǔ)能電壓設(shè)置為390 V時(shí),VOSNS分壓比KOS等于156,如等式6所示。KBLKLLC預(yù)期打開(kāi)時(shí)的最小PFC儲(chǔ)能電壓決定。當(dāng)儲(chǔ)能導(dǎo)通閾值為3.05 V,所需的導(dǎo)通閾值為340 V時(shí),BLK分壓比KBLK等于111.5,如等式7所示:

11.png

在本例中,選擇上分壓電阻ROS11,由3個(gè)串聯(lián)的3.24 MΩ,1206 SMT電阻組成,如等式8所示:

12.png

同時(shí)求解等式6等式7,得到等式9

13.png

然后使用以下等式找到相應(yīng)的ROS2

14.png

這兩個(gè)電阻可以使用標(biāo)準(zhǔn)電阻值實(shí)現(xiàn),如等式11等式12所示:

15.png該組合電阻分壓器的總功耗為15.5 mW。

5.3 ZCD/CS分壓器

在突發(fā)關(guān)閉條件下,ZCD/CS分壓器的功耗最高。在這種狀態(tài)下,漏極電壓近似于等于線路電壓峰值的DC電壓。ZCD/CS分壓器的峰值功耗如等式13所示:

16.png

其中RZC1是ZCD/CS分壓器頂部電阻的電阻,RZC2ZCD/CS分壓器底部電阻的電阻。與VOSNS分壓器非常相似,可以通過(guò)ZCD引腳檢測(cè)精度的小幅折衷增加RZC1RZC2的電阻。等式14ZCD偏置電流引起的精度下降限制在1%以下:

17.png

分壓器鏈中的上部電阻RZC1必須在浪涌測(cè)試下承受峰值輸出電壓。對(duì)于耐用的解決方案,此位置的電阻應(yīng)具有高于升壓MOSFET雪崩額定值的額定電壓。3個(gè)1206 SMT,3.24MΩ的串聯(lián)鏈滿足精度要求,并提供高于600 V的耐壓能力。使用等式15等式16確定RZC1RZC2的適當(dāng)值:

18.png

最大輸入電壓為265 Vrms時(shí),半個(gè)周期內(nèi)的峰值功耗為14.41 mW。

5.4 X電容選擇

X電容器是EMI濾波器的關(guān)鍵組件,并且逐線連接以抑制EMI噪聲。當(dāng)電容器充電和放電時(shí),在電容器的等效串聯(lián)電阻上消耗會(huì)功率,如等式17所示:

19.png

流過(guò)電容器的均方根電容器電流取決于線路均方根電壓、線路頻率和X電容器配置中的總電容。忽略寄生電感,x電容帶給線路的阻抗可以如等式18所示計(jì)算:

20.png

可以使用等式19計(jì)算X電容的功率損耗:

21.png

對(duì)于并聯(lián)最大線路電壓265 Vrms和0.33μF,每個(gè)的損耗因子為0.00022,X電容消耗的功率為6.4 mW

5.5 有源X電容放電

某些應(yīng)用需要一種方法將EMI濾波器中使用的線間電容器在指定時(shí)間內(nèi)放電到合理電壓。這是為了確保AC插頭上的高壓不會(huì)無(wú)限期地保留。有幾種控制放電時(shí)間的標(biāo)準(zhǔn),如IEC60950、IEC60065IEC62368,總結(jié)在4中。

4.X電容器放電標(biāo)準(zhǔn)4

22.png


一種流行的做法是將泄放電阻與X電容器并聯(lián)放置。一般準(zhǔn)則是每100 nF的電容需要并聯(lián)添加10MΩ的最大泄放電阻。對(duì)于330 nFX電容,需要至少3.3MΩ的泄放電阻。

雖然這是一種經(jīng)濟(jì)有效的方法,但它會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)中額外的靜態(tài)功率損耗,增加待機(jī)功耗。對(duì)于85 VAC265 VAC的輸入電壓范圍,3.3MΩ泄放電阻分壓器的功率損耗為21.2 mW。更有效的方法是使用有源X電容放電功能,該功能僅在檢測(cè)到AC斷開(kāi)時(shí)才啟用。對(duì)于使用下游LLC級(jí)的AC/DC系統(tǒng),此功能集成在UCC256301UCC256304諧振控制器中。UCC256301UCC256304能夠通過(guò)高壓引腳檢測(cè)AC線路,當(dāng)檢測(cè)到AC斷開(kāi)事件時(shí),放電X電容。在穩(wěn)定狀態(tài)下,HV引腳的最大漏電流為7.55μA。每隔720 ms,UCC25630x轉(zhuǎn)換器將一個(gè)測(cè)試電流階梯應(yīng)用于線路,檢查過(guò)零以確定AC拔插事件。假設(shè)施加到HV引腳的電壓是等于AC線電壓的整流正弦波,則可以使用等式20計(jì)算最壞情況下的功耗:

23.png

5.6 橋式整流器

橋式整流器中的功率損耗是導(dǎo)通期間的正向電壓和每個(gè)二極管的寄生電阻的結(jié)果。每個(gè)二極管的總功率損耗用等式21表示:

24.png

最壞情況下的功率損耗發(fā)生在最小線電壓和最大負(fù)載時(shí)。對(duì)于2.1 A的峰值輸入電流、1 V的正向電壓和80mΩ的寄生電阻,可以使用等式22計(jì)算每個(gè)二極管的總功率損耗:

25.png

橋式整流器的總損耗如等式23所示:

26.png

二極管的正向電壓取決于溫度,其中正向電壓隨著二極管的結(jié)溫度的增加而降低。因此,在橋式整流器中,可以對(duì)結(jié)溫升高和導(dǎo)通損耗降低進(jìn)行權(quán)衡。

5.7 MOSFET選擇

升壓開(kāi)關(guān)元件中的總功率損耗可以通過(guò)由開(kāi)關(guān)的導(dǎo)通電阻引起的導(dǎo)通損耗和驅(qū)動(dòng)MOSFET的柵極的開(kāi)關(guān)損耗來(lái)描述。可以用等式24計(jì)算導(dǎo)通損耗:

27.png

其中,IMOS_RMSMOSFET的均方根電流,RDS_onMOSFET的導(dǎo)通電阻,Cotemp是與導(dǎo)通電阻相關(guān)的溫度系數(shù)。開(kāi)關(guān)中的最大電流出現(xiàn)在滿載和最小輸入電壓時(shí):

28.png

導(dǎo)通電阻隨著MOSFET結(jié)溫的增加而增加,在傳導(dǎo)損耗等式中由Cotemp表示。在工作期間降低MOSFET的溫升可以降低傳導(dǎo)損耗。MOSFET中的開(kāi)關(guān)損耗總結(jié)如下:

29.png

減少MOSFET的柵極電荷以降低上升和下降轉(zhuǎn)換時(shí)間是有利的。然而,對(duì)于600V MOSFET,在這方面的選擇有限。

6 待機(jī)功耗測(cè)量技巧

可以使用等式29計(jì)算PFC級(jí)消耗的實(shí)際功率:

30.png

由于UCC28056的突發(fā)模式特性,輸入功率變化通常非常高,并且難以從瞬時(shí)功率測(cè)量進(jìn)行精確測(cè)量。使用具有積分功能的功率計(jì)可以讓用戶在設(shè)定的時(shí)間間隔內(nèi)積分mWh,然后執(zhí)行簡(jiǎn)單計(jì)算以獲得PFC級(jí)消耗的平均輸入功率。3顯示了UCC28056EVM-296上待機(jī)功耗測(cè)量的正確連接。

功率表

31.png


3.待機(jī)功耗測(cè)量連接

6.1 功率表連接和設(shè)置

強(qiáng)烈建議將PFC級(jí)的輸出與任何測(cè)量?jī)x器(如電子負(fù)載或電壓表)物理斷開(kāi)。由于PFC級(jí)的輸出是相對(duì)較高的電壓,測(cè)量?jī)x器吸收的漏電流可能導(dǎo)致10 mW的輕負(fù)載,這將人為地增加待機(jī)功耗測(cè)量值。為了防止AC線電壓測(cè)量的功耗使待機(jī)功耗結(jié)果增加,將電壓測(cè)量的正極端子連接到面向AC電源的電源線也很重要。。由于PFC級(jí)在待機(jī)狀態(tài)下吸收的電流非常小,因此線電壓的測(cè)量誤差小到可以忽略不計(jì)。將電流表連接到中性線,以避免高頻噪聲和電容耦合增加電流測(cè)量讀數(shù)。

AC功率表

32.png

4.AC功率表連接


線電壓和線電流測(cè)量的更高精度可降低測(cè)量的噪聲基底,并減少測(cè)量間隔內(nèi)積分的誤差量。建議使用盡可能低的電壓范圍。電流范圍必須足夠大,以測(cè)量突發(fā)期間的峰值線電流。建議使用電流探頭測(cè)量峰值線電流,并選擇恰好高于最大測(cè)量線電流的電流范圍。

6.2 平均輸入功率計(jì)算

在積分模式下,功率表計(jì)算PFC級(jí)在測(cè)量間隔期間消耗的功率量(mWh)。然后可以使用等式30計(jì)算平均輸入功率:

33.png

6.3 待機(jī)功耗和效率測(cè)量

5總結(jié)了PFC設(shè)計(jì)從85 VAC265 VAC的待機(jī)功耗測(cè)量。

5.待機(jī)功耗測(cè)量

34.png


5總結(jié)了線路和負(fù)載的效率性能。

35.png


5.效率與輸出功率

7 總結(jié)

UCC28056可在整個(gè)負(fù)載范圍內(nèi)提供卓越的待機(jī)功耗和效率性能,使設(shè)計(jì)能夠滿足最新的功耗標(biāo)準(zhǔn)。UCC28056的突發(fā)模式運(yùn)行可實(shí)現(xiàn)高輕載效率,使設(shè)計(jì)即使在低功耗模式下也能保持PFC開(kāi)啟。通過(guò)使PFC持續(xù)開(kāi)啟,可實(shí)現(xiàn)更窄的輸入電壓范圍,簡(jiǎn)化整體系統(tǒng)復(fù)雜性以及下游轉(zhuǎn)換器的設(shè)計(jì)。

8 參考文獻(xiàn)

1. Texas Instruments, A Design Review of a Full-Featured 350-W Offline Power Converter

2. Texas Instruments, Power Stage DesignerTM User's Guide

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要點(diǎn): 有效應(yīng)對(duì)環(huán)境變化,經(jīng)營(yíng)業(yè)績(jī)穩(wěn)中有升 落實(shí)提質(zhì)增效舉措,毛利潤(rùn)率延續(xù)升勢(shì) 戰(zhàn)略布局成效顯著,戰(zhàn)新業(yè)務(wù)引領(lǐng)增長(zhǎng) 以科技創(chuàng)新為引領(lǐng),提升企業(yè)核心競(jìng)爭(zhēng)力 堅(jiān)持高質(zhì)量發(fā)展策略,塑強(qiáng)核心競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)...

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北京2024年8月27日 /美通社/ -- 8月21日,由中央廣播電視總臺(tái)與中國(guó)電影電視技術(shù)學(xué)會(huì)聯(lián)合牽頭組建的NVI技術(shù)創(chuàng)新聯(lián)盟在BIRTV2024超高清全產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展研討會(huì)上宣布正式成立。 活動(dòng)現(xiàn)場(chǎng) NVI技術(shù)創(chuàng)新聯(lián)...

關(guān)鍵字: VI 傳輸協(xié)議 音頻 BSP

北京2024年8月27日 /美通社/ -- 在8月23日舉辦的2024年長(zhǎng)三角生態(tài)綠色一體化發(fā)展示范區(qū)聯(lián)合招商會(huì)上,軟通動(dòng)力信息技術(shù)(集團(tuán))股份有限公司(以下簡(jiǎn)稱"軟通動(dòng)力")與長(zhǎng)三角投資(上海)有限...

關(guān)鍵字: BSP 信息技術(shù)
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