詳解最大化從滿負(fù)載到空負(fù)載時的AC/DC效率

雖然在AC/DC電源設(shè)計中最大化滿負(fù)載時的電源效率是一個優(yōu)先考慮的因素，但是待機(jī)功耗標(biāo)準(zhǔn)以及新型電源效率標(biāo)準(zhǔn)也隱現(xiàn)出了更多的考慮因素。因此， 除了“高效”這個一般性課題以外，設(shè)計人員還正在努力尋找其他方法來最大化端到端的節(jié)能。事實上，對于采用 AC 電源適配器的設(shè)計來說，節(jié)約幾毫瓦的功耗是一個特別令人關(guān)注的問題，這一問題正在全球引起廣泛關(guān)注。

準(zhǔn)諧振控制、谷值電壓轉(zhuǎn)換以及多模運行(即脈沖跳躍模式)都可提供一種解決方案。在本文中，我們將對當(dāng)今綠色環(huán)保型IC控制器中所采用的一些技術(shù)進(jìn)行總結(jié)，以最小化轉(zhuǎn)換器整個負(fù)載范圍內(nèi)的能源損耗。

限制待機(jī)功耗

在包括了智能電子產(chǎn)品和“快速”響應(yīng)在內(nèi)的設(shè)計思路中，當(dāng)今的AC/DC電源轉(zhuǎn)換器通常會在待機(jī)模式上耗費大量的時間，而且總是存在某種電源漏極。無論我們討論的是遙控電視機(jī)、視頻設(shè)備、無繩電話或無線路由器的外部低壓電源、辦公設(shè)備(復(fù)印機(jī)和打印機(jī))還是諸如筆記本電腦的電池充電器，基本上來說這都是同一個問題。各個轉(zhuǎn)換器在待機(jī)模式下的實際功耗都是非常低的，通常為 0.3W 到 20W。但是無論待機(jī)功耗有多低，如果你將其與所使用的消費類電子工業(yè)產(chǎn)品、商業(yè)和工業(yè)系統(tǒng)的數(shù)量相乘以后得到的合計功耗就變的非常大了。

事際上，待機(jī)功耗所用的電力在歐盟國家的家庭和辦公用電中占到了大約10%，而在美國，待機(jī)功耗所用的電力則為總用電量的 4% 左右。諸如能源之星的開發(fā)標(biāo)準(zhǔn)主要關(guān)注空負(fù)載和輕負(fù)載時的能源節(jié)約、正常運行時的更高效率、更低的總諧波失真 (THD) 并接近單位功率因數(shù) (PF)。上表對外部單電壓AC/DC和AC/AC電源的能源之星標(biāo)準(zhǔn)作了總結(jié)。

滿足標(biāo)準(zhǔn)要求

系統(tǒng)設(shè)計人員如何才能滿足能源之星和其他正在開發(fā)的國際標(biāo)準(zhǔn)呢?他們先后采用了有源鉗位和復(fù)位技術(shù)、轉(zhuǎn)移模式和交錯式多相 PFC 技術(shù)、脈沖跳躍技術(shù)、準(zhǔn)諧振控制技術(shù)以及谷值電壓轉(zhuǎn)換技術(shù)。采用準(zhǔn)諧振控制、谷值電壓轉(zhuǎn)換以及脈沖跳躍技術(shù)的反向轉(zhuǎn)換器就是其中的一種最佳的解決方案。

表：外部AC/DC與AC/AC電源的能源之星標(biāo)準(zhǔn)

廣泛用于消費類電子應(yīng)用的反向轉(zhuǎn)換器不但成本較低、易于控制，而且還可支持多個輸出電壓軌(請參見圖 1，在此應(yīng)用中采用了 UCC28600 準(zhǔn)諧振芯片)。準(zhǔn)諧振控制讓軟開關(guān)的使用變得更輕松，這樣不但提高了效率而且節(jié)約了能源。 在準(zhǔn)諧振運行中，次側(cè)主開關(guān)具有非常低的開啟電壓，當(dāng)其處于關(guān)閉狀態(tài)時，電源就會再次產(chǎn)生可以為開關(guān)電容充電的能源。

圖 1、準(zhǔn)諧振反向控制器的典型結(jié)構(gòu)

相反，硬開關(guān)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中連續(xù)和非連續(xù)電流模式(CCM 和 DCM)運行的開啟損耗非常高。為了在整個負(fù)載范圍內(nèi)都實現(xiàn)較好的能源節(jié)約的目的，根據(jù)負(fù)載條件的不同，反向轉(zhuǎn)換器既可以在頻率返送 (FFM) 模式下運行，也可以在脈沖跳躍模式下運行。當(dāng)負(fù)載降低時，F(xiàn)FM 電路便立即返回到開關(guān)頻率下工作，從而降低開關(guān)損耗;當(dāng)負(fù)載變得非常輕時，磁滯模式(也稱為綠色模式或突發(fā)模式)便開始工作以啟動脈沖跳躍。脈沖跳躍不但可以降低輕負(fù)載和空負(fù)載時的開關(guān)損耗，而且還可以實現(xiàn)更好的節(jié)能效果。