外置电源的新欧美能效标准解读及应对

1、能效标准对比

美国DoE及欧洲CoC对外置电源能效进行了严苛定义，本期我们针对49W以内AC-DC外置电源，从待机、轻载效率、平均效率三个方面对比两个能效标准的差异。
1.1 待机功耗
1.2 10%负载效率
1.3 25%、50%、75%、负载平均效率
典型规格充电器、适配器的平均效率，DoE与CoC要求对比如下表：
2、应对措施
2.1 芯片设计
A. 高压启动技术
高压启动是满足待机和10%负载效率的关键技术之一，如下图所示。搭载高压启动模块的芯片可减小传统电阻启动22mW左右损耗。
B. 谷底开通
谷底开通显著降低开通损耗，是提高重载效率的关键技术。在DCM模式下，开关管Vds波形如下图所示：
在去磁结束后变压器励磁电感与寄生电容自由振荡，振荡周期为：
芯片通过内部算法寻找谐振谷底，下一个周期选择谷底开通，可降低开通损耗：
C. 混合工作模式
控制芯片一般混合多种工作模式提高转换效率，比较流行的控制策略如下：
重载(75%、负载)：PWM模式，工作频率高，从而降低导通损耗。
中载(50%、25%负载)：PFM模式，工作频率随负载降低而降低，平衡开关损耗和导通损耗。
轻载(空载、10%负载)：深度降频模式(DPFM或Burst)，以降低开关损耗。
D. 同步整流技术
同步整流取代二极管整流是降低导通损耗的关键技术。当前，DCM同步整流已普及充电器应用，全模式同步整流在适配器应用中正逐渐增多。
举例：
以5V3A应用为例，同步整流(PN8305)比二极管整流(两颗1045T)降低0.71W导通损耗。
2.2 电源设计
A. 变压器
变压器是电源设计难点，对效率及EMC优化至关重要：
匝比 平衡开关损耗与导通损耗的关键因子，反射电压通常在70-140V之间，带QR的芯片一般建议大匝比进一步降低导通损耗(PN8160优反射电压在115V左右)；
感量 在变压器不饱和的情况下，感量越大，Krp越小(低压满载Krp的优值在0.5左右)，电流有效值越小，导通损耗越小；
磁芯材料 考虑PC95磁芯，因Bmax比PC40提高10%以上，可降低磁损或提高感量；
变压器结构 考虑三明治结构，以降低漏感损耗。
B. Snubber
尽量减轻RCD、RC吸收，以提高10%、25%负载转换效率。
采用同步整流，由于无反向恢复问题，可取消或减轻RC吸收；
采用新颖RCD结构(如利用D反向恢复时间释放C上能量)，减小对励磁能量损耗。
C. 输入整流滤波
选择pi型滤波结构，以取消X电容及其放电电阻，降低静态损耗。
D. 输出整流滤波
PCB布线 减小回路面积，以降低导通损耗；
选择Low VF肖特基或同步整流；
选择Low ESR滤波电容或固态电容。