Festfrequenz-Current-Mode-Controller
Standby-Stromaufnahme weiter senken
Fortsetzung des Artikels von Teil 2
Ein stromsparender Standby-Betrieb
Einen ständigen Beitrag zu Standby-Verlusten im Haushalt leisten Notebook-Netzteile. Sie verbringen die meiste Zeit unter Tischen, während das Notebook nicht angeschlossen oder ausgeschaltet ist. Ein übliches Notebook-Netzteil nimmt heute in etwa 300 bis 500 mW Leistung im Leerlauf auf. Viele Hersteller fordern jedoch, dass die Leerlauf-Leistungsaufnahme der Netzteile zukünftiger Notebooks auf unter 30 mW begrenzt werden soll. Damit lassen sich ihre Geräte vom Wettbewerb differenzieren. Bild 2 zeigt ein vereinfachtes Beispiel eines zukünftigen Ladesystems für ein 65-W-Notebook-Netzteil. Die wesentlichen Bestandteile sind ein Festfrequenz-Current-Mode-Controller und ein sekundärseitiger Schaltnetzteil-(SMPS-)Controller.
Der Festfrequenz-Current-Mode-Controller, der NCP1246 von ON Semiconductor, ist darauf ausgelegt, minimale Leistung im Leerlauf und bei geringer Last aufzunehmen. Einer der größten Stromaufnehmer im Leerlauf eines AC/DC-Netzteils ist der X2-Kondensator-Entladekreis. Ein Netzteil besteht aus einem Hochspannungs-X2-Kondensator, der als Teil des EMI-Filters an den Netzeingang angeschlossen ist. Aus Sicherheitsgründen ist es Vorschrift, dass dieser Kondensator innerhalb einer Sekunde nach dem Ausstecken des Netzteils auf einen sicheren Spannungspegel entladen wird. Wäre dies nicht der Fall, könnte man beim Berühren der Steckerkontakte einen elektrischen Schlag erhalten. Um diese Anforderung zu erfüllen, wird auf hochohmige Ableitwiderstände zurückgegriffen, die parallel zum Kondensator geschaltet sind. Dieser konstante Stromabfluss über die Widerstände verbraucht bei 230-V(AC)-Geräten in etwa 25 mW Leistung. Diese 25 mW treten vor allem dann in Erscheinung, wenn sich das Netzteil im Leerlauf befindet. Der NCP1246 löst dieses Problem über einen integrierten Netzeingangsdetektor mit aktivem Entladekreis. Der Controller erkennt, wenn kein Strom mehr gezogen wird, und aktiviert dann einen internen Schalter zum Entladen des Kondensators. Damit erübrigen sich die Ableitwiderstände und die konstante Leistungsaufnahme von 25 mW entfällt.
Der sekundärseitige SMPS-Controller (NCP4354 von ON Semiconductor) ist ein den NCP1246 ergänzender IC und erkennt Leerlauf-Zustände. Er schaltet das Netzteil in einen stromsparenden OFF-Modus. Während des OFF-Modus ist der primärseitige Controller deaktiviert und Energie wird über die Ausgangskondensatoren bereitgestellt. Die Ausgangsspannung des Netzteils sinkt, da kein weiteres Schalten auf der Primärseite stattfindet. Dies ist unerheblich, da das Netzteil in diesem Modus nicht länger mit dem Notebook verbunden ist. Die Ausgangsspannung kann auf einen einstellbaren Wert fallen, bevor der NCP4354 einen Neustart des Primärkreises signalisiert, um die Ausgangskondensatoren neu zu laden und den Betrieb wieder aufzunehmen. Wird das Netzteil wieder an den Akku angeschlossen, startet der NCP4354 automatisch den primärseitigen Controller. Eine Rückkopplungssteuerung und ein ON/OFF-Signal lassen sich mit nur einem Optokoppler realisieren. Zusammen können der NCP1246 und der NCP4354 in einem Schaltkreis dieser Art eine Leerlauf-Leistungsaufnahme von unter 10 mW im US-Netz (120 V(AC)) und unter 20 mW in anderen AC-Netzen erzielen.
Obwohl viele Hersteller von Konsum-elektronik energieeffiziente Produkte anbieten, werden sie durch ineffiziente Akkuladesysteme meist im Stich gelassen. Der technische Fortschritt sorgt nun dafür, dass Netzteile weniger Energie benötigen, während sie gleichzeitig die vom Markt geforderte Leistungsfähigkeit bieten. Systeme wie das hier beschriebene erfüllen diese Anforderungen, verringern die Systemkomplexität, sparen Platz auf der Leiterplatte ein und halten die Material- und Bauteilkosten in Schach.
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Tim Kaske ist Produkt-Marketingmanager für AC/DC-Leistungsbausteine bei ON Semiconductor. Davor war er bei Primation im Bereich Power-Management-ICs und bei Three-Five Systems im Bereich LC-Display-Aufbau tätig. Kaske kann auf mehr als 20 Jahre Erfahrung im Produktmarketing und im Vertrieb zurückblicken. |
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