Netzteile bei geringer Last
Fünf Praxis-Tipps für niedrigere Verluste
Fortsetzung des Artikels von Teil 3
Tipp 4 und 5
Tipp 4: Weitere mW aus dem sekundären Regelungskreis herausholen
Wenn es um Standby-Verluste geht, muss man sich jeden einzelnen Schaltkreis ansehen – auch den Fehlerverstärker, der den Ausgang regelt. In Bild 4 ist auf der linken Seite eine typische Regelungsschaltung für eine 12-V-Stromversorgung zu sehen. Der häufig verwendete TL431 benötigt mindestens 1 mA Ruhestrom, um eine ordnungsgemäße Regelung zu gewährleisten. Hierfür fließt der Strom über den Widerstand R2, was typischerweise einen Verlust im Bereich zwischen 15 mW und 50 mW zur Folge hat. Der Spannungsteiler von R3 und R4 bestimmt die Ausgangsspannung. Bei einem Serienwiderstand von 12,6 kΩ ergibt sich an den Widerständen eine Verlustleistung von 11 mW.
Der rechte Teil von Bild 4 zeigt eine effizientere Methode zur Regelung der Ausgangsspannung. Hier wird anstelle des TL431 ein TLV431 verwendet, der lediglich 80 μA Ruhestrom für eine ordnungsgemäße Regelung benötigt. Der Strom über den Optokoppler reicht zur Versorgung des TLV431 aus, so dass R2 eingespart werden kann. Da der TLV431 für maximal 6,3 V ausgelegt ist, wird zum Schutz des Bausteins eine einfache Linearreglerschaltung aus Q1, R5 und D1 verwendet. R5 und D1 sorgen hierbei für einen zusätzlichen Verlust von 3 mW. Erhöht man den Widerstand des Rückkopplungsteilers um den Faktor 10, lassen sich weitere 10 mW einsparen.
Tipp 5: Intelligenter Umgang mit der Vorspannung
Wenn man noch zusätzliche kleine Energieeinsparungen erzielen will, erreicht man dies möglicherweise durch Optimieren der Vorspannung des Controllers. Die Vorspannung muss hoch genug sein, dass der Controller bei allen Lastzuständen in Betrieb bleibt. Außerdem muss die Spannung ausreichend hoch sein, dass sie den MOSFET anreichert, wenn sie am Gate-Anschluss angelegt wird. Stellt man die Vorspannung auf einen höheren Wert ein, als er vom Controller und vom MOSFET benötigt wird, führt dies nur zu unnötigen Verlusten.
Die meisten Green-Mode-Controller reduzieren beim Betrieb im Burst-Modus den Ruhestrom. Dadurch vermindert sich ihr Anteil an der Verlustleistung in Verbindung mit der Vorspannung. So sinkt der typische Ruhestrom von 2 bis 3 mA im Normalbetrieb auf 200 bis 300 μA im Burst-Modus. Bei diesem Wert, wie er sich auch in den Datenblättern zu Controller-Bausteinen findet, ist das Laden und Entladen des MOSFET-Gates nicht berücksichtigt. Der Gate-Ladestrom entspricht dabei dem Produkt von Vorspannung, Gate-Ladung, Schaltfrequenz und dem Arbeitszyklus beim Burst-Modus. Da die Gate-Ladung bei einer Erhöhung der Vorspannung ebenfalls größer wird, werden durch eine unnötig hohe Spannung die Verluste weiter verstärkt.
Ein Betrieb im Burst-Modus verhindert dabei, dass die Bias- Verluste zu hoch ausfallen. Durch die Reduzierung der Vorspannung lassen sich in den meisten Fällen ca. 10 bis 20 mW einsparen.
Wenn es darum geht, die Verlustleistung eines Netzteils bei geringer Last zu reduzieren, muss letztlich jede einzelne Komponente auf ihren Anteil an diesen Verlusten untersucht werden. Schon ein paar mW können entscheidend dafür sein, ob ein Produkt den Anforderungen der Energy-Star-Norm entspricht oder nicht. Durch die Umsetzung der hier erläuterten Maßnahmen lassen sich beim Stromverbrauch im Standby-Betrieb möglicherweise sogar mehrere 100 mW einsparen.
Der Autor:
| Brian King |
|---|
| ist Applikationsingenieur und Member of Group Technical Staff bei Texas Instruments. Er gehört dem IEEE an und besitzt einen Bachelor of Science sowie einen Master of Science in Elektrotechnik von der University of Arkansas. |
ti_brianking@list.ti.com
Literatur:
[1] Datenblätter und technische Dokumente unter www.ti.com/ucc28610-ca
[2] Kollman, R.: POWER TIP Nr. 17: Snubbing the Flyback Converter, Power Management DesignLine.com, 9. November 2009.
[3] Mammano, B.: 2006/07 Power Supply Design Seminar. SEM1700 Topic 1: „Improving Power Supply Efficiency – The Global Perspective“. Texas Instruments 2007.
[4] Madigan, M.: 2006/07 Power Supply Design Seminar. SEM1700 Topic 2: „Green- Mode Power by the Milli-Watt“. Texas Instruments 2007.
- Fünf Praxis-Tipps für niedrigere Verluste
- Tipp 2: Reduzieren der Verluste in Einschaltwiderständen
- Tipp 3: Keine Angst vor Überschwingern
- Tipp 4 und 5
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