开关电源六级能效详解

开关电源高级能效详解

近一两年内，基本做电源产品都为了更新六级能效而忙碌，新规要求倒逼产品升级换代，是好事，也是挑战。

关于六级能效，两个要求：一，待机功耗

二，平均效率

针对这两点，除了拥有一颗新颖的IC,还有那些细工需要注意的，扒一扒。

首先，先了解下标准要求：

美国能效要求

一、待机功耗

以美国能效要求为例，要求49W以下空载功耗为0.1W,大于49W空载功耗为0.21W;欧盟49W 以下为75mW，大于49W为150mW。在设计电源时，相对于75mW的空载功耗，必须要精打细算到每个细节上。以下几点为显在的固定消耗点：

1 ，Vcc 启动回路

2，X电容放电回路

3，ICVcc供电回路

4，电压（电流）检测环路

5,假负载首先，新出的IC大多具有HV启动关断功能，启动后关闭启动电阻回路，避免此回路损耗。当然，这属于IC原有功能，不在本贴的主旨中，这里一带过，同时后面的一些延伸也会用到此引脚，顺带一说。如下：

当没有HV启动功能的芯片时，Vcc只能尽量大启动电阻，大的启动电阻又需要较快的启动时间时，可以这样做，Vcc两级DC接法,C16用于启动储能，C14用于辅助供电储能，使启动时较大R的情况下C能更快充到IC启动阈值：

X电容放电

IEC60950要求1S内电压下降到37%

IEC60065要求2S内电压下降到35V以下

例，

按第1条，X电容放电时间常数RC需小于1，

设X电容为0.33uF,Rx*Cx<1那么Rx<3M Q,由于电容量存在20%误差，那么此电阻选值留足裕量，那应在Rx*0.7内，约2M Q o

电阻损耗，

PR=U2/R 设ACmax=264V

PR=2642/2M

PR=34.8mW

CoC要求49W以下75mW待机或DoE要求49W以下100mW待机，不管那个标准，这部份的损耗都显得巨大。怎么办，使用更小的X电容（当0.1uF以下，可以不使用放电电阻），或想办法让这个R更灵活一点，如下：

1,在断电后，利用IC的HV脚对Cx进行放电

2，没有HV启动脚，将启动电阻接到X电容放电电阻中点，断电后，利用IC的Vcc脚帮助放电，可减小X电容两端电阻的放电功率：

3,把EMC元件后移动，AC端不放X电容：

Vcc供电

尽量小的Vcc限流电阻，减小损耗。一般拥有较宽的Vcc的芯片，只要Vcc电压在要求范围内，供电可不用限流电阻，

较小的电压标测环流，如图流经R11、R16 的静态电流。

图中两电阻75K+7.5K回路静态电流约U/R=0.3mA,l2R约7.5mW。

如设为47K+4.7K 贝U U/R=0.49mA,l2R约12.5mW。所以在环路允许的情况下，建议选取较大值。

假负载一般为了稳定环路在输出预加一定的假负载，在目前 6 级能效来说，几乎不能接受，假设

一个5V1A的电源预加1KR电阻假负载，实际消耗P=U2/R,实际上消耗25mW的功耗，已占COC 待机要求的1/3。

所以要稳定，设整合适的环路才是正道。

待机小结：

1，从功耗上来说，极大一部份来自于高压启动回路，可以从芯片功能选择，启动取电的设计，储能与Vcc的区分来实现较低的消耗。

2，线路中所有元件均存在消耗，所以，对各部份具体核算功耗，再尽可能降低。

3,选用具有突发模式的IC,待机处于突发模式，损耗降低明显。

二、效率

涉及效率，几乎包含了电源的整个系统设计，从整流到变压器转换，再到整流DC输出所有有

电流过的地方都涉及损耗，包括EMI的抑制。要提升效率就是提升整个系统设计的合理性和平衡。不再大范围讲解，主要讲述一些重点和我们容易忽略的一些细节。

桥堆

桥堆的损耗是否有注意到，如下同是KBL06有不同的Vf:

下面为ST品牌，同参数下Vf要低0.1V

Pdiode=Vf*Iavginputcurretn 常被忽略的参数，其实一直在侵食我们的效率。输出整流二极管输出整流D5选用更低Vf的二极管，CCM下需要更快的Trr,如肖特基。

Vf直接影响损耗及发热

较低的Vf会有小的Pd=Vf*lout

如下，同品牌在同等条件下参数对比:

MBRB20100CTV:f 0.95V

MBR20H100CTV:f 0.88V

损耗差Pd=(0.95-0.88)*Iout

当然实际使用电流下的Vf并不一定为上面标称值，但两者的差别对比，在设计效率上应尽量用更低Vf整流二极管。

变压器

对变压器的几点要求:

1，尽量低的漏感，可降低损耗,设漏感为Lkp

Plk=(1/2*Lkp*lp"2)*F

在确定的F情况下，较低的Ipk和Lkp可得到较低的漏感损耗

改善方法: 增加耦合面，用三明治或五明治绕线

副边较粗的线从Bobbin两端出线，不要横跨线包到Pin脚，减少后面绕组的间隙，降低漏感2，

铜损、铁损

平衡两方损耗，监测两方面的温升，调整线匝及气隙，使温升平均尽量绕满绕线窗，最大利用变压器功率密度

合理的EMl

一般60W及以下产品设计合理的情况下，初级一个大感量共模，次级一个小共模可满足一般

IT类同等的EMI要求

从效率和EMI考虑上，变压器线包内屏蔽建议用2个铜箔分隔三明治中的初次级，如再增加屏蔽效用不高

合理处理MOS及二极管上的高频噪声，一般串磁珠是较高效低成本的应用初级大电解并瓷片电容，对噪声有很好滤除作用

PCBLayout

于效率上的影响，PCB上大的环路线路要短，线宽，尽量小的环流面积。

特别次级DC侧，电流要比初级大得多，线宽要控制好。35um2mm宽1A电流走线（露铜上锡宽度减半），达不到的地方用露铜上锡加粗或在板面上加跳线增大电流。

针对六级能效，目前新IC推出很多特色功能来提升待机和能效，能满足我们应用的IC非常多, 基本有几个特点：

待机方面

1,低启动电流，目前uA级的6Pin。或具HV独立启动的8Pin

2，轻载突发模式

效率方面

1 ，频率反走

2，低压升频（变压器可用较少规格）