与电池供电应用相比较，交流电供电应用的低功耗设计似乎并不引起设计师的关注，实际上这类应用的低功耗设计也很重要，这涉及到系统的成本、散热和可靠性等问题。本文分别通过从微控制器、可控硅驱动、电源设计和用户界面设计几个方面探讨了交流电供电应用的低功耗设计思路。

        设计交流电供电应用的难点并不是高电压或危险的大电流，而是如何为低电压元器件提供简单而高效的电源。通常，要为控制部分提供50毫瓦的功率，电源的功耗可能就要超过2～3W。热损耗不仅增加了电源的成本，而且使机箱过热。这也说明了为什么在设计低成本交流电供电的控制应用时，充分利用每一种能够降低功耗的特性和技术是如此重要。

采用低功耗微控制器、三端双向可控硅
和LCD显示界面的应用实例。

微控制器的低功耗技术

        设计时要降低功耗首先要选择正确的微控制器。尽管过去的CMOS微控制器声称是低功耗的，但只有针对电池供电设计的新型低功耗微控制器才能提供有效的电源管理。这些新型微控制器所具备的一些特性可以显著降低设计中的电流消耗，这些特性包括：

      新型低功耗微控制器专门针对小电流工作而进行了优化，因此比过去的CMOS微控制器消耗的电流小；
      新型微控制器可以选择较低的时钟频率，从而可以进一步降低电流消耗；
      新型微控制器工作电压更低，也降低了电流消耗；
      新型微控制器的休眠模式可以大大降低电流消耗。

        事实上，所有这些新特性在为电池供电应用设计的新型微控制器系列中是很常见的，Microchip的纳瓦技术微控制器就是这种新型低功耗微控制器。该系列微控制器是专门为减小电流消耗而设计的，主要通过降低工作电流、选用较低的时钟频率以及关断机制来实现。正是有了这四个特性，通过采用新型低功耗纳瓦技术，使微控制器工作在3V电压和32kHz时钟的情况下，电流消耗将从过去CMOS微控制器的1～2mA降到18μA以下，而且有一半时间都处于睡眠状态。

        需要特别指出的是，电流的降低主要归功于采用了32kHz时钟，以及微控制器有50%的时间都处于睡眠模式。常见的问题是：“这些特性是否会对设计造成局限呢？”

        答案是否定的。典型的交流电供电应用工作在60Hz左右(美国标准，中国为50Hz)的交流电频率时序上。工作在32kHz时钟频率的微控制器仍然在60Hz电源的每个周期内具有超过136个指令周期。如果微控制器仅仅需要在60Hz交流电源的过零点之后延迟适当的时间来触发三端双向可控硅(TRIAC)的话，这足够了。对于微控制器来说，唯一对时间有严格要求的部分是用户接口。但即使是这一功能的操作时间也在数十至数百毫秒的范围。因此，很少情况下会需要快速时钟或更多的指令周期。

        然而，如果微控制器确实需要较高的速度，那么通常通过软件来控制可变时钟结构。这意味着微控制器可以根据当前任务来选择自己的时钟。如果仅仅是监视按钮状态和等待过零点，那么可以运行在节能的32kHz时钟频率。如果需要完成复杂的浮点计算，那么只需采用较高频率的时钟，当运算完成后再回到低功耗状态下的时钟频率。这种时钟频率的自我控制使微控制器可根据需要控制电流消耗，适应可能遇到的任何情况。

窄脉冲驱动可控硅

        由于三端双向可控硅的锁定特性和双向开关功能，交流电源的开关经常采用三端双向可控硅器件。遗憾的是，大多数设计人员经常忘记了TRIAC的锁定特性能够为设计带来的好处。三端双向可控硅通过的电流一旦超过最小维持电流，TRIAC就会锁定，控制端的偏置电流就可以停止，从而可以大大节省电流。事实上，对于敏感的三端双向可控硅器件来说，只要在可控硅的控制端加一个持续300μS时间的3mA偏置电流脉冲，就可以使可控硅在波形的整个半周期内导通。而3mA的电流脉冲平均到60Hz半周期内，实际上相当于不到100μA的持续电流。因此，与传统的控制三端双向可控硅的方案相比，采用窄脉冲驱动可控硅可以节约几乎96%的电流。

用户界面

        传统设计通常采用小电流LED用于用户界面指示。然而，