摘 要： 本文提出了一种新型可控间歇模式解决方案，它可以获得极低的功耗，并且提供波动非常小的稳定电源输出。利用这种新控制方案，可使开关电源(smps)pwm控制器能够在负载突然增加的情况下立即响应，使输出电压不会在从待机模式到正常模式的转变过程中下降太多。本文介绍了这种pwm控制方式，并给出了与其性能相关的实验结果。
smps低待机功耗解决方案概述
近几年，开关电源的待机功耗成为一个热点话题，针对不同应用和不同功率范围推出了一些标准。
除了欧美等一些低功耗标准，smps制造商还需要更低的待机功耗，比如0.1w或0.2w。为了满足越来越苛刻的要求，本文提出并分析了一些功率处理解决方案。
对于传统的smps，表1列出了各项功率损耗及其计算公式。其中，为dc总线电压；为启动电阻；为通过mosfet的rms电流；为mosfet导通电阻；为mosfet开启损耗；为mosfet关断损耗；f为smps开关频率；为mosfet管开启后的传导电流；为mosfet管开启之前漏源电压；为mosfet管关断前的传导电流；为mosfet管关断后漏源电压；为二次侧二极管导通电压降；为二次侧二极管的平均导通电流；为二次侧二极管关断损耗。
由于在待机条件下，输出功率很低甚至为零，大多数smps控制器都在不连续模式(dcm)下工作且占空比极小。由于占空比很小，mosfet和二极管的导通损耗以及铁芯损耗可以忽略；在dcm操作下，二次侧二极管的关断损耗、mosfet的开启损耗也可以忽略，因此待机状态下的主要损耗是mosfet关断损耗和启动电阻损耗。
为了获得低待机功耗，目前在smps设计中有一些解决方案被广泛应用。
?可开关的启动电路
用一个开关电路替代电阻可以消除启动电阻损耗。在启动过程中，启动电路开通；而当ic被激活后，启动电路关闭。现有的许多pwm控制器都集成了这个性质，如英飞凌的ice3ds01g。

图2 间歇模式原理

图3 间歇模式下负载突变

图4 240vac下满载工作。channel 1：vds，200v/div；time：5ms/div

图5 轻负载间歇模式 240vac channel 1：vds；200v/div
channel 3： vfb，2v/div；channel 4：vout，50mv/div；time：0.2ms/div

?降频模式
由于mosfet关断损耗与开关频率成比例，因而频率越高损耗越高。然而，从smps基本原理可知，在正常工作模式下，需要利用高频来减小变压器和滤波器等器件的尺寸，而在待机模式下，低频率有利于减小损耗。所以建议在pwm控制器中采用自动降低频率。在一般的负载范围，ic工作在高频，当输出功率下降到某一特定阈值，ic将会自动减小开关频率。
降频模式的优点是，ic总是处于激活状态，对整个负载范围输出稳定；若是负载突然从零增加到满载，或从满载下降到零，ic能快速反应，输出电压下降或过冲很小，并且可控；265vac输入时，无负载条件下的待机功耗可以到0.7w，如coolsettm-f2。其缺点是，为了避免音频噪声，频率不应低于20khz，基于这个最小开关频率，待机功率不可能更低，也不可能满足0.3w的待机功耗需求。
?间歇模式
间歇模式下，有两个时间区间段。在禁止区间段，mosfet不动作，而在另一个区间段则解除此禁止信号， mosfet可以传输功率。待机模式下，禁止段的时间远大于解除段的时间，因而待机功耗非常低。
?输出纹波和间歇频率
图2给出了间歇模式的基本原理。mosfet在ton期间处于工作状态，在toff期间处于关断状态。ton期间，传输到二次侧的功率是。整个周期的平均功率是，其中是间歇模式的占空比开通时间，，间歇频率是。

图6 无负载时间歇模式 240vac channel 1：vds，200v/div
channel 3：vfb，2v/div；channel 4：vout，50mv/div；time：5ms/div

图7 240vac下负载从满载下降到零负载时进入间歇模式
channel 1：vds，200v/div；channel 2：iout，1a/div
channel3：vfb，2v/div；channel 4：vfb，5v/div；time：5mv/div

图8 240vac下从零负载到满载时离开间歇模式
channel 1：vds，200v/div；channel 2：iout。1a/div；
channel3：vfb，2v/div；channel 4：vfb，5v/div；time：0.2mv/div

ton期间的输出电容电荷变化是：

其中iav是从输出电容流出的输出电流平均值。
平均输出电压和输出电压纹波是：

可以看出，输出电压纹波与输出电容和间歇频率成反比。从成本角度讲，不宜使用大电容，因此常以增加间歇频率的做法来减小输出电压纹波到可