Standby-Verbrauch vermindern
Das große Abschalten
Fortsetzung des Artikels von Teil 1
Stromfluss einfach unterbrechen
Um deren Leistungsaufnahme auf fast Null zu reduzieren, muss man den kontinuierlichen Stromfluss durch die Entladewiderstände unterbinden. Dafür hat Power Integrations »CAPZero« entwickelt.
Bild 2 zeigt einen solchen Baustein in einer typischen Anwendung. Er vereint auf einem einzigen Chip im SO-8-Gehäuse einen Netzspannungsausfalldetektor und zwei antiseriell geschaltete Hochspannungs-MOSFETs. Solange die Netzspannung anliegt, bleibt das IC ausgeschaltet.
Dadurch unterbindet es den Stromfluss durch die Widerstände sowie die damit verbundenen Verluste. Wird die Netzspannung beispielsweise durch Ziehen des Netzsteckers abgetrennt, schaltet CAPZero in den leitenden Zustand, sodass der X-Kondensator über die Widerstände entladen wird.
Der Baustein versorgt sich selbst aus der Netzspannung und hat eine Leistungsaufnahme von weniger als 5 mW bei 230 V. CAPZero-ICs sind in Versionen für zwei verschiedene Spannungsbereiche (825 V und 1 kV) und acht verschiedene Strombereiche (von 0,25 mA bis 2,5 mA) verfügbar. Weil die Bausteine unmittelbar an der Netzspannung liegen, müssen sie stoßspannungsfest sein.
Für die meisten Consumer-Anwendungen genügt die 825-V-Version in Verbindung mit einem MOV (Metal Oxide Varistor). Für Anwendungen, die eine Stoßspannungsfestigkeit von bis zu 3 kV erfordern, wird die 1-kV-Version in Verbindung mit einem MOV empfohlen.
Bild 3 zeigt die Wirkungsweise von CAPZero unter extremen Bedingungen [6]. Bei diesem Test wurde die Netzspannung wiederholt auf »brutale« Weise abgetrennt, sodass sich Lichtbögen an den Kontakten bildeten.
Dieser Test demonstriert, dass der Baustein aufgrund des Lichtbogens nicht im »Latched off«-Zustand verbleibt und dass er den Netzspannungsausfall korrekt erkennt und den X-Kondensator nach dem Abtrennen der Netzspannung sicher entlädt.
CAPZero trennt die Entladewiderstände R1 und R2 wirksam ab, und Entwickler können die Werte von C1 und L1 und andere Eingangsfilterkomponenten ohne Rücksicht auf die Widerstandswerte optimieren.
Da der Entwickler die Kapazität des X-Kondensators ohne Leistungsverluste vergrößern kann, kann er die Gleichtakt-/Gegentaktdrosseln kleiner dimensionieren oder eventuell sogar ganz weglassen.
Das spart nicht nur Platz und Kosten, sondern verbessert auch den Wirkungsgrad.
Sense-Widerstände kappen
Doch auch andere Funktionsblöcke der Schaltung aus Bild 1 ziehen im Standby ständig Strom.
In Hochleistungsanwendungen gibt es oft mehrere Stellen, wo die Zwischenkreisspannungen abgegriffen und den Controllern für die aktive PFC (Rückkopplungspfad) und den Hauptwandler (feed forward) zugeführt werden.
Diese Widerstandsteiler verbrauchen jeweils über 100 mW.
Ein zweites Produkt von Power Integrations namens »SENZero « trennt diese Signalpfade ab, wenn sie nicht benötigt werden (z.B. im Standby). Dadurch eliminiert das Bauteil diese unnötigen Verluste (Bild 4).
In dieser Anwendung steuert die interne Gate-Treiber- und –Schutzschaltung die Gates der internen 650-V-MOSFETs in dem Baustein in Abhängigkeit von der Spannung am Anschluss VCC.
Diese einfache Konfiguration lässt sich leicht in vorhandene Systeme einbinden; hierbei wird die VCC-Schiene des Systems auf den Eingang des SENZero-ICs geschaltet.
Geht die Stromversorgung in den Standby-Modus, wird die VCC-Schiene abgeschaltet; dadurch werden auch die MOSFETs im SENZero abgeschaltet, wodurch die Leistungsverluste auf unter 500 μW pro Kanal sinken.
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