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作者：飛兆半導體 Shao-Chun Huang 摘要： 本文介紹了飛兆半導體 mWSaver 技術中的一項功能，即 AX-CAP 放電功能，它實現了無負載和輕負載條件下業內最佳的最低功耗，并符合 2013 能源之星和 ErP 規范。 這項創新的技術通過消除 X 電容放電電阻最大限度地減少 EMI 濾波器的功率損耗，同時滿足 UL1950 的安全要求。 I.引言 近年來，節能一直是對電器的關注重點，特別是在待機功耗方面。 為了最大限度地降低功率損耗并符合最新能源之星規范和 2013 ERP ErP 待機功率規定（ATX 電源和 LCD TV 電源在 0.25W 負載下小于 0.5W 的功耗），飛兆半導體已經開發了若干項創新技術，以提高空載和輕負載條件下的節能性能。 其中的主要損耗之一是由于并聯到 EMI 濾波器 X 電容的放電電阻造成的，如圖1所示。 根據安全法規，如 UL1950 和 IEC61010-1，需要使用電阻，這就需要電容在電源插頭從電源插座拔下后的給定時間內放電至安全電平。 
圖1.線路 EMI 濾波器的典型電路 UL1950：對于 A 類設備，電容中大于 0.1μF 的電壓必須在 1 秒內衰減到交流 輸入峰值電壓的 37％；對于 B 類設備，必須在 10 秒內完成。 IEC61010-1：電源斷開 5 秒后，引腳不得處于危險狀態（通電）。
表格 1 表明了不同的額定功率系統和放電電阻功率損耗之間的關系。 隨著功率的上升，EMI 濾波器的電容也會增加，因此，需要更小的放電電阻以保持相同的放電時間。 這通常會導致高功率應用中更多的功率損耗。 放電電阻的功率消耗是高功率應用中待機功耗的主要原因之一。 表格 1.不同額定功率系統的放電電阻功率損耗
創新的 AX-CAP™ 放電方法是飛兆半導體公司的一項專有 mWSaver™ 技術，旨在取消使用 X 電容放電電阻，同時滿足安全要求。 II.提議的解決方案 開關模式電源前端的 EMI 濾波器通常包含貫穿交流線路連接器的電容，如圖2所示。 諸如 UL1950 和 IEC61010-1 等安全法規要求電容在電源插頭從電源插座拔下后的給定時間內放電至安全電平。 通常，在電容上并聯放電電阻，用于確保電容已放電，但這會造成電源的功率損耗。 飛兆半導體 FPS™ （飛兆電源開關）FSB 系列的創新 AX-CAP™ 技術僅在電源插頭從電源插座上拔下時對濾波器電容有效放電。 由于在正常操作中，AX-CAP 放電電路被禁用，因此 EMI 濾波器的功率損耗幾乎完全消除。
圖2.FSB 系列的 AX-CAP™電路連接 在圖3中，拔出插頭時，（VAC）X電容上的交流電壓通過HV引腳采樣慢慢放電。 FSB 系列對 HV 引腳采樣，檢測所連接的 X 電容上的交流電壓狀態，如Fig. 2所示。 FSB 系列設置了閾值電壓，用于檢查 X 電容上的交流電壓是否一直高于閾值電平（大約 ½ V交流電峰值），同時在去抖動時間內無零交叉。 滿足這個條件后，FSB 系列進入放電模式，并打開采樣開關。 X 電容上的電壓通過 HV 引腳采樣路徑放電。
圖3.從電源插座上拔出電源插頭時的 HV 引腳行為 III.最糟情況分析 拔出電源插頭后的放電時間，可由等式 (3) 和 (4) 計算得出：
其中： VDIS-ST：X 電容進入放電模式的電壓電平； VDIS-EN：X 電容滿足安全要求時（交流峰值電壓的 37％）的電壓電平； tAC-OFF：AX-CAP™ 檢測線電壓的去抖動時間； tS-TIME：HV 引腳采樣周期； tS-CYCLE: HV 引腳采樣頻率。 最糟情況下FSB系列的放電時間VCXTable 2=373V計算如所示，VDIS-EN=138V。此處，tAC-OFF 為 160 ms,tS-TIME 為 20 µs，tS-CYCLE 為 960 µs。 RHVFig. 4取決于不同的交流輸入電壓范圍；因此最糟情況分析如所示。 表格 2.264 V 交流輸入電壓下，不同 X-CAP™的最糟放電時間
圖4.FSB 系列放電時間最糟情況分析 IV.實驗結果 對 300W ATX 電源中 16W/5V 待機功率的測試表明提議的方法行之有效。 圖 5 顯示了在以下條件下使用 AX-CAP™ 放電方法的實驗結果：
對于 300W 的電源系統，X 電容為 0.47μF 時，移除 2MΩ 的放電電阻，功耗可降低多達 30mW。
圖5.AX-CAP™ 放電功能的實驗結果 V.結論 創新的 AX-CAP™ 放電功能是飛兆半導體 mWSaver™ 技術中其中一項功能，在需要較大 EMI 濾波器的高功率應用中，這項功能可以更有效地改善節能性能。 在 FSB 系列中已應用此功能，用于消除 X 電容放電電阻損耗，同時仍能符合 UL1950 和 IEC61010-1 的安全要求。 憑借此優勢，AX-CAP 技術能幫助客戶更輕松地設計具有較低待機功耗的開關電源 (SMPS)。 |
