【摘要】在当今这个强调节能减排的年代，降低电源电路的待机能耗越来越重要。本文以数学模型大略估算了主要的传导、切换和控制电路的损失，进而确立了降低切换频率为降低待机功率损耗的主要方法，并且探讨了各项已经被专利的降频技术及其可能存在的缺陷。
【关键词】反激式变换器；待机能耗；降频技术
一、引言
随着全球气候日益变暖，节能减排已成为各国政府工作的重中之重，特别是和日常生活息息相关的电子行业。“高效率，低待机功耗”已成为电子产品开发工作者在产品开发中必须考虑的重要因素，在欧美市场，低待机功耗已经和安规、EMI一起成为电子产品销往市场的通行证。作为电子产品的心脏，电源电路部分在这场高效低损的革命中担负着关键使命。当电子产品进入待机状态后，其他部分电路都进入关闭或者休眠状态，此时电源电路工作时产生的损耗在整个系统损耗中占据很大的份额。
根据国际经济合作组织的调查，各国因待机而消耗的能量约占总能耗数的3%-13%。目前我国城市家庭的平均待机能耗已经占到了家庭总能耗的10%左右，相当于每个家庭使用着一盏15-30W的“长明灯”，在浪费能源的同时形成了巨大的环保压力。国际能源署（IEA）于2000年向全球电器产品生产销售厂商发起节能倡议“1瓦计划”，现已得到欧盟、美国的积极响应。到2010年所有出口到这些地区的电器产品其待机功耗必须降低到1瓦，这将成为所有已经进入和试图进入欧美市场的电子产品厂商们新的非关税壁垒。2008年11月，美国环保署（EPA）和能源部发起了“能源之星”（第二版）执行工程，规定电源适配器的待机能耗必须小于0.3W或0.5W。“能源之星”计划已经成为国际标准之一，全球每年销售的能源之星产品超过10亿件，有28000种不同型号的终端耗能产品获得了能源之星节能认证。我国作为电子电器产品出口大国，必须熟悉和了解这些法规和协议，降低产品的待机能耗，跨越待机能耗的技术壁垒[1]。
本文探讨了降低电源电路待机能耗的方法。首先以数学描述估算了主要的传导损耗、开关损耗以及控制电路的损耗，进而确立了降低开关频率为降低待机能耗的主要方法，接着介绍了各项已提出的降频技术。此外，还介绍了降低启动电流和其他损失的技术。最后依据本文所提出的设计概念，制作了一个实验性的适配器，其输出电压电流规格为12V/5A，在240V交流输入且无负载时，输入功率只有0.1W。
二、开关电源的待机功耗机理分析
目前，大多数100W以下的电子设备，如电源适配器、充电器、无绳电话、ADSL路由器、LCD显示器和DVD等，都是采用反激式开关电路将电网提供的85V~275V交流电转换为电子设备所需要的直流电压。由于反激式开关电路具有价位低和输入范围宽的特性，在实际应用中很受欢迎。对于反激式开关电源，主要的损耗包括传导损耗和控制电路的损耗。
表一 主要的传导损耗
造成损失的元件 表达式 解决方法 元件描述
功率晶体管 降低；
降低 ：变压器一次侧电流
：晶体管Q1导通电阻
：每个周期的导通时间
：开关频率
感应电阻 降低；
降低 ：一次侧变压器内部电阻
输出整流器 降低；
降低 ：二极管D1电流
：二极管D1正向导通压降
：二次侧的放电时间
输入整流器 降低 ：平均输入电流
：二极管BD正向导通压降
变压器
的绕制 降低；
降低、 、：一次侧和二次侧电流
、：一次侧和二次侧变压器内部电阻
电磁干扰
滤波器 降低 ：电磁干扰滤波器的等效电阻
表二 控制电路的主要损耗
造成损失的元件 表达式 解决方法 元件描述
起动电阻 降低；
降低 ：流经起动电阻的电流
：起动电阻
输出电阻 增加； ：输出电压
：输出电阻
光耦合器 降低；
降低 ：二极管D1电流
：二极管D1正向导通压降
：二次侧的放电时间
表一、二分别对这些主要损耗列出了计算方法和常用的解决对策。可以明显的发现无论是传导损耗还是控制电路的损耗，都和开关频率有着密切的关系，降低开关频率可以有效的降低电源损失（特别是在轻载时）。
三、低功耗待机电源解决方案
由于降低开关频率可以有效的降低电源的待机损耗，最近提出了许多实际降低频率的方法[2-7]，SGS-Thompson[2]及National Semiconductor[3]提出脉冲省略（pulse skipping）的技术，根据负载的轻重程度，来决定是否省略切换脉冲。脉冲省略模式的概念是用等效降低开关脉冲数目来满足在轻载时的低损耗要求，同时此项技术的主要缺点是有可能会因为动态负载的改变而造成输出电压突降和突升的情形。
Philips提出的突冲模式（burst mode）技术，当负载突然间下降，控制回路要求缩短导通时间，在某一负载程度下，脉冲模式的控制电路开始防止导通时间减少，然后同时也开始周期性的遮蔽波宽调变的脉冲。电源可以通过降低脉冲宽度，或增加遮蔽周期长度，在不同的负载下，达到节省能量的目的。此技术有两个明显的缺点，就是低频干扰会和遮蔽周期一起出现，而且负载的突然改变，也会造成输出电压突降的情形。
System General提出了非导通时间调变（off time modulation）[5-7]，当输出电压掉到临界位置以下时，非导通时间随着负载下降而线性增加，切换频率因而线性下降，因此在轻载和无载时可以降低功率损失。
由于非导通时间是一个周期接一个周期调整，它的动态响应结果比脉冲省略模式要好。
四、总结
本文介绍了一种无接触充电器的设计和工作性能，将一种新颖的充电（下转43页）
