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低功耗运行:待机电流<5mA的过欠压保护器技术实现

2025-09-23 14:23:50
来源:浙江格亚电气有限公司-
要实现待机电流低于5mA的过欠压保护器,需从电路设计、器件选型、电源管理、控制策略及布局优化等关键环节入手,以下为具体技术实现路径及核心要点:

### **一、核心电路设计:初级侧调节反激式拓扑**
1. **摒弃光耦,采用磁反馈技术**
传统反激式电源依赖光耦进行次级侧电压反馈,但光耦的功耗和稳定性问题显著。现代方案通过变压器偏置绕组的磁反馈形成闭环控制,仅需电阻分压网络即可精准调节输出电压。例如,德州仪器UCC28710控制器利用谐振谷值电压检测实现软开关,将开关损耗降低40%以上,同时通过初级侧调节技术彻底消除光耦的待机功耗。

2. **准谐振(QR)谷底开关机制**
利用电路寄生参数(初级电感与开关节点电容)产生的谐振特性,在次级电流归零后,控制器在谐振电压谷底触发MOSFET导通,使开关节点电压从400V降至50V以下。这种“谷底开关”机制显著减少开关过程中的能量损耗,转换效率提升至88%以上,同时降低待机功耗。

### **二、器件选型与优化**
1. **低导通电阻MOSFET**
选用导通电阻(Rds(on))低于0.3Ω的CoolMOS器件(如STF10N65M5),减少导通损耗。同时,优先选择输出电容(C_oss)小于100pF的型号,以降低开关周期能量损耗(E_cycle = 0.5 × C_oss × V_bulk² × f_sw)。

2. **超快恢复二极管**
采用反向恢复时间小于35ns的二极管(如ONSemi MUR160),减少开关节点震荡损耗。瞬态电压抑制二极管(TVS)替代传统RCD缓冲网络,在电压超过箝位值前几乎无损耗,效率提升5%。

3. **低损耗变压器**
使用TDK PC40材质的变压器,漏感控制在2%以内,减少磁芯损耗和漏磁干扰。

### **三、电源管理与控制策略**
1. **超低频运行模式**
空载时将开关频率降至32Hz,周期损耗仅0.8mW。例如,德州仪器UCC28730控制器通过超低频运行与智能唤醒机制,实现待机功耗低于5mW。

2. **跨隔离栅唤醒技术**
次级侧UCC24650实时监测输出电压,当负载接入导致电压下降3%时,通过变压器耦合发送唤醒信号。初级侧控制器收到信号后,立即以65kHz频率发送三个脉冲,在10ms内恢复稳压输出,兼顾低功耗与快速响应。

3. **自适应频率调制**
根据负载情况动态调整开关频率:轻载时运行于10kHz,重载时升至130kHz。预负载策略(如输出端添加10kΩ电阻)可改善动态性能,但需平衡待机功耗增加。

### **四、启动电路与寄生参数治理**
1. **有源启动电路**
传统电阻启动方案在230VAC输入时产生超过200mW损耗。革新方案采用耗尽型MOSFET构建有源启动电路,上电初期FET导通为控制器供电,启动损耗从毫瓦级降至微瓦级。

2. **寄生电容压缩**
优化PCB布局,减少开关节点寄生电容。选用低C_oss MOSFET(如Infineon IPA60R280P7),将开关节点总电容控制在150pF以内,降低开关损耗。

### **五、热管理与可靠性设计**
1. **热阻控制**
在85℃环境温度下,确保启动MOSFET结温低于110℃。使用3M导热胶将控制器与PCB铜箔区域紧密贴合,热阻降至15℃/W。

2. **长期可靠性评估**
对电源供电电路进行长期可靠性测试,确保磁保持继电器或普通继电器在欠压/过压状态下长时间工作不出现安全隐患。

### **六、应用场景与标准符合性**
1. **家庭与工业场景适配**
适用于220V家用场景,电压工作范围90VAC~400VAC。支持磁保持和普通继电器方案,满足不同负载需求。

2. **标准与认证**
符合IEC 62301第4.5条定义的“零功率”待机损耗标准(低于5mW),满足欧盟ErP指令要求(2026年后所有外置电源待机功耗<5mW)。

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