为我们的设备设计一个更智能的零待机功耗的电源方案

某些电器，尤其是那些插入交流电源的电器，即使在您表面上将其关闭后仍会继续耗电。事实上，家庭消耗的能源中有 5% 至 15% 来自电器待机电源。节能技术有助于将待机功耗保持在零功耗水平，同时始终连接到 Wi-Fi®，这将是下一代设备的主要趋势。

国际电工委员会 (IEC) 62301:2011 规定了在待机和相关低功耗模式（关闭模式和网络模式）下测量电能消耗的方法。这些方法适用于电压范围全部或部分在100VAC和250VAC（单相产品）和130VAC（交流）和480VAC（其他产品）之间的电气产品。IEC 62301:2011 的第 4.5 条将小于 5mW 的测量归类为零功率，这现在是零功率营销活动的基础，作为电子设备和电器中空载待机功耗的目标。符合此 IEC 要求的产品可以获得零功率标签。

大多数家用电器需要一个偏置电源和双电源轨为整个系统提供 3.3V 的系统控制器和 12V 的电源模块。图 1 显示了具有4mW零待机功耗和15W双隔离输出偏置电源参考设计，它提供 3.3V 和 12V 双隔离输出，同时在待机模式下也实现了极低的功耗：115V交流输入时为 3mW，4.4mW在 230V交流输入时。此参考设计非常适合需要最低待机功耗、高效率和故障保护的隔离式离线系统。

图 1：15W 双隔离输出偏置电源参考设计框图

实现零功率的传统方法是使用机械开关或继电器来切断主电源路径。但这种方法也确实会切断 Wi-Fi 或任何触摸键或接近传感器的电源，这些传感器通常会在需要时唤醒系统。图 1 中的参考设计显示了实现零待机功耗的基本电源拓扑。即使在待机期间，它也能保持微控制器 (MCU)、触摸键控制器、任何传感器、Wi-Fi、发光二极管 (LED) 驱动器或任何其他所需部件的最小功能和组件，并允许多次唤醒这样的选择。因此，可以将系统分为两部分：“待机时活动”和“开机时活动”。

根据系统配置，有两种设计电源树的选项。对于选项之一，图 2 显示了具有额外备用路径的单电源系统的框图。

图 2：具有额外备用路径的单电源系统框图

在正常运行时，图2中的系统使用电磁干扰（EMI）滤波电路和具有较大泄漏电流的大电容器（Clarge）运行。在待机模式下，UCC28730 反激式控制器在极低的开关频率 (32Hz) 下工作，UCC24650 电压监控器的 ENS 引脚将继电器切换到额外的待机路径，该路径使用一个漏电流小得多的小电容器 (Csmall)并且没有EMI滤波器。

对于具有更高功率能力的主要电器，图 3 展示了第二种选择，其中电源树被分成一个高功率路径，包括功率因数校正 (PFC)、DC/DC 转换器和 DC/AC 逆变器和辅助电源。

图 3：带有偏置电源的电源转换器系统框图

在“ON”模式期间，UCC28730 反激控制器用作主功率级的辅助电源。在待机模式下，UCC24650 的 ENS 引脚会关闭继电器并断开主功率级。只有反激式转换器连接到电源线。

Wi-Fi 是物联网 (IoT) 的一项关键技术，而智能家电的关键特性之一是通过无线连接或云端进行远程控制。得益于最新的技术进步，即使对于 Wi-Fi 处于“始终连接”模式的系统，也可以实现零功耗待机。

为了验证和测试这一点，SimpleLink™ Wi-Fi CC3220SF 无线 MCU LaunchPad™ 开发套件由具有 4mW 零待机功耗参考设计的 15W 双隔离输出偏置电源供电，并配置为“始终连接”低功耗模式连接到接入点时。在此模式下，设备可以进入深度睡眠模式，在该模式下电压电平降低、快速时钟关闭且存储器处于保留模式。为了保持与两个套接字之间的接入点的连接，一个特殊的信标在每个长睡眠间隔期间保持联系。图 4 显示了一个使用参考设计为 Wi-Fi 供电的系统。系统采用3.3V输出，12V输出无负载。该IMETER-BOOST评估模块 (EVM) 监控 3.3V 电源的电流，交流电源提供 VACIN，数字功率计监控整个系统的功耗。图 5 显示了交流输入功耗。

图 4：为 Wi-Fi 供电并满足零待机功耗的系统

当输入电压为110VAC时，待机功率为3.86mW；当输入电压为230VAC时，待机功率为4.217mW。因此，该系统的待机功耗低于 5mW，可以获得零功耗标签。

图 5：110VACIN和 230VACIN下的待机功率测试结果

能源部清洁能源标准 Tier 2 和 Level VI 能效等能源标准变得更加严格。这些标准推动了家电应用对更高效率和更低待机功耗的需求。15W 电源参考设计展示了 UCC28730 如何在不牺牲启动时间的情况下提供超低待机功耗。它从 5mW 的功率预算中留出足够的余量，以通过多种唤醒选项（包括 Wi-Fi）实现“零功耗待机”，同时降低通用输入的功耗。