提高电源转换效率的技术与产品面面观

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1、在历经了从线性电源向开关电源转换的巨大飞跃后，在整机设计中占重要地位的电源转换效率的提升似乎一直没有再得到突破性的进展。由于开关电源自身的开关损耗，进一步的效率提升变得困难。目前，对于AC/DC电源来说，推动效率的提升并不是在技术上获得飞跃，而是通过良好的设计，以及创新性地结合各种工艺和技术优点来最高化转换效率。例如，业界仍孜孜不倦地努力开发出更复杂的控制算法，使系统在应对不同环境时改变运行模式，逐步将效率提升到90％以上至更高。本文回顾了过去一年芯片厂商在提高电源工作效率方面的进一步努力，阐述一些功率转换中所用的功率因数校正(PFC

2、)及其它控制芯片。为满足更低的待机功耗，待机时关闭PFC成为??则在电源中插入PFC电路后，由于PFC电路本身也会消耗功率，所以会影响转换器的转换效率。在这方面，众多IC厂商通过自己的控制技术，一般在轻载或空载的时候选择关闭PFC。“在电源管理技术方面，软跳周期、待机状态下关闭PFC和无线圈去磁检测(Soxyless)等功能都是安森美特有的创新技术。”安森美半导体中国区汽车及电源产品部产品经理于辉表示。固定频率电流型PWM控制器NCP1230和准谐振电流模式PWM控制器NCP1381具有在待机状态下关闭PFC的功能。NCP1230和N

3、CP1381都有一个专用的引脚用来连接PFC控制器的VCC引脚。当芯片检测到系统进入待机时，会自动切断PFC的VCC供电。这样等于省去了一个损耗环节，可以实现超低待机损耗。在更高能耗的功率电源方面，昂宝依托其专利绿色引擎技术推出了“PFC+QR”和“PFC+PWM”产品，对传统的临界模式控制进行了优化设计，使系统易于实现接近于1的功率因子、在轻载或空载时可自动关闭PFC功能从而降低整个系统待机功耗。“其中，OB2203与PFCOB6563搭配，可用于75W以上的电源系统；在90W电源的具体设计中，采用OB2203与OB6563相结合，

4、待机功耗能够小于0.3W。”昂宝市场及销售副总裁黎波表示。不同PFC控制方式，瞄准高低功率的交流电转换在实际应用中，当出现电压和电流相位差或较高的电流谐波时，电源实际所占用的功率可能高于它实际消耗的功率，这样无形中就加重了电网的负担，从而导致整个电网效率的下降。目前，为了满足总谐波失真(THD)的规范，无论工程师们的设计对象上千瓦的空调、电信整流器，还是90W笔记本电脑的电源适配器等消费电子设备，PFC已成为他们的必然选择。PFC电路在提高电子设备网侧的功率因数、降低电网谐波污染方面起着很重要的作用。随着PFC技术应用的普及，PFC电

5、路拓扑日渐成熟。在六种基本的拓扑结构中(Buck、Boost、Buck-boost、Flyback、Sepic、Cuk)，Boost电路凭借自身独特优点，在实际中应用最多，时下大部分的芯片产品都采用Boost结构。按照输入电感电流是否连续，PFC的控制策略可分为不连续导通模式(DCM)和连续导通模式(CCM)。在各类PFC芯片中，DCM的突出优点就是简单而实用，功率管实现零电流开通(ZCS)且不用承受二极管的反向恢复电流。但缺点是峰值电流远高于平均电流，器件承受较大的应力；输入输出电流纹波较大，对滤波电路要求较高，所以目前各厂商的DC

6、M式的PFC功率都做的比较小，适合于适配器等小功率产品。相对DCM，CCM的控制显得较为复杂，IC管脚比较多，所需要的外围器件也比较多，而且功率管要承受二极管的反向恢复电流。不过，其突出优点为：输入和输出电流纹波小、THD和EMI小、滤波容易；RMS电流小、器件导通损耗小；所以CCM式的PFC芯片较多的适用于一些大功率应用场合。少数厂商率先推出单芯片交错式PFC，无整流桥模式也初露端倪前不久，TI公司独创性的提出了交互式PFC技术，两相交错式PFC的电路采用两个升压电感、两个功率MOSFET，以180°的相位差交替工作。输出同样的功率

7、时，平均输入电流只有一半，因而降低了输入EMI滤波器的功耗，降低了EMI的强度，从而提高了效率。简化了大功率PFC处理EMI的难度。采用交互式PFC电路，其EMI的强度仅相当于单路一半功率的强度。此外，输出电压的纹波也减小了一半，如果不要求保持时间的话，输出的大BULK电容也可以减小一半。早先的时候，TI公司曾用UCC28528和UCC28221协同完成该功能，但随即就推出单芯片产品UCC28060。UCC28060双相高性能控制器面向75～800W应用，简化了电源系统设计，尽可能地减少了开关损耗。该器件采用NaturalInterl

8、eaving技术，减少了输入输出电流纹波，通过分布电磁提高了散热管理，并支持轻负载相位管理。与单相或备选的主-从交错式解决方案相比，UCC28060的纹波消除特性显著降低了纹波电流。此外，该特性还能将电容器尺寸缩小27%