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作者：飛兆半導(dǎo)體 Shao-Chun Huang 摘要： 本文介紹了飛兆半導(dǎo)體 mWSaver 技術(shù)中的一項(xiàng)功能，即 AX-CAP 放電功能，它實(shí)現(xiàn)了無(wú)負(fù)載和輕負(fù)載條件下業(yè)內(nèi)最佳的最低功耗，并符合 2013 能源之星和 ErP 規(guī)范。 這項(xiàng)創(chuàng)新的技術(shù)通過(guò)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(shí)滿足 UL1950 的安全要求。 I.引言 近年來(lái)，節(jié)能一直是對(duì)電器的關(guān)注重點(diǎn)，特別是在待機(jī)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(guī)范和 2013 ERP ErP 待機(jī)功率規(guī)定（ATX 電源和 LCD TV 電源在 0.25W 負(fù)載下小于 0.5W 的功耗），飛兆半導(dǎo)體已經(jīng)開發(fā)了若干項(xiàng)創(chuàng)新技術(shù)，以提高空載和輕負(fù)載條件下的節(jié)能性能。 其中的主要損耗之一是由于并聯(lián)到 EMI 濾波器 X 電容的放電電阻造成的，如圖1所示。 根據(jù)安全法規(guī)，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(shí)間內(nèi)放電至安全電平。 
圖1.線路 EMI 濾波器的典型電路 UL1950：對(duì)于 A 類設(shè)備，電容中大于 0.1μF 的電壓必須在 1 秒內(nèi)衰減到交流 輸入峰值電壓的 37％；對(duì)于 B 類設(shè)備，必須在 10 秒內(nèi)完成。 IEC61010-1：電源斷開 5 秒后，引腳不得處于危險(xiǎn)狀態(tài)（通電）。
表格 1 表明了不同的額定功率系統(tǒng)和放電電阻功率損耗之間的關(guān)系。 隨著功率的上升，EMI 濾波器的電容也會(huì)增加，因此，需要更小的放電電阻以保持相同的放電時(shí)間。 這通常會(huì)導(dǎo)致高功率應(yīng)用中更多的功率損耗。 放電電阻的功率消耗是高功率應(yīng)用中待機(jī)功耗的主要原因之一。 表格 1.不同額定功率系統(tǒng)的放電電阻功率損耗
創(chuàng)新的 AX-CAP™ 放電方法是飛兆半導(dǎo)體公司的一項(xiàng)專有 mWSaver™ 技術(shù)，旨在取消使用 X 電容放電電阻，同時(shí)滿足安全要求。 II.提議的解決方案 開關(guān)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(guī)要求電容在電源插頭從電源插座拔下后的給定時(shí)間內(nèi)放電至安全電平。 通常，在電容上并聯(lián)放電電阻，用于確保電容已放電，但這會(huì)造成電源的功率損耗。 飛兆半導(dǎo)體 FPS™ （飛兆電源開關(guān)）FSB 系列的創(chuàng)新 AX-CAP™ 技術(shù)僅在電源插頭從電源插座上拔下時(shí)對(duì)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(shí)，（VAC）X電容上的交流電壓通過(guò)HV引腳采樣慢慢放電。 FSB 系列對(duì) HV 引腳采樣，檢測(cè)所連接的 X 電容上的交流電壓狀態(tài)，如Fig. 2所示。 FSB 系列設(shè)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(shí)在去抖動(dòng)時(shí)間內(nèi)無(wú)零交叉。 滿足這個(gè)條件后，F(xiàn)SB 系列進(jìn)入放電模式，并打開采樣開關(guān)。 X 電容上的電壓通過(guò) HV 引腳采樣路徑放電。
圖3.從電源插座上拔出電源插頭時(shí)的 HV 引腳行為 III.最糟情況分析 拔出電源插頭后的放電時(shí)間，可由等式 (3) 和 (4) 計(jì)算得出：
其中： VDIS-ST：X 電容進(jìn)入放電模式的電壓電平； VDIS-EN：X 電容滿足安全要求時(shí)（交流峰值電壓的 37％）的電壓電平； tAC-OFF：AX-CAP™ 檢測(cè)線電壓的去抖動(dòng)時(shí)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(shí)間VCXTable 2=373V計(jì)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(shí)間
圖4.FSB 系列放電時(shí)間最糟情況分析 IV.實(shí)驗(yàn)結(jié)果 對(duì) 300W ATX 電源中 16W/5V 待機(jī)功率的測(cè)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(shí)驗(yàn)結(jié)果：
對(duì)于 300W 的電源系統(tǒng)，X 電容為 0.47μF 時(shí)，移除 2MΩ 的放電電阻，功耗可降低多達(dá) 30mW。
圖5.AX-CAP™ 放電功能的實(shí)驗(yàn)結(jié)果 V.結(jié)論 創(chuàng)新的 AX-CAP™ 放電功能是飛兆半導(dǎo)體 mWSaver™ 技術(shù)中其中一項(xiàng)功能，在需要較大 EMI 濾波器的高功率應(yīng)用中，這項(xiàng)功能可以更有效地改善節(jié)能性能。 在 FSB 系列中已應(yīng)用此功能，用于消除 X 電容放電電阻損耗，同時(shí)仍能符合 UL1950 和 IEC61010-1 的安全要求。 憑借此優(yōu)勢(shì)，AX-CAP 技術(shù)能幫助客戶更輕松地設(shè)計(jì)具有較低待機(jī)功耗的開關(guān)電源 (SMPS)。 |
