數(shù)字電源技術(shù)助力實(shí)現(xiàn)高效率電源

跳周期控制技術(shù)

一般來(lái)說(shuō)，開(kāi)關(guān)電源在重載時(shí)，其損耗主要是功率開(kāi)關(guān)管的導(dǎo)通損耗。而在輕載時(shí)，開(kāi)關(guān)管的開(kāi)關(guān)損耗和磁損占主導(dǎo)地位。因此，降低開(kāi)關(guān)管在輕載時(shí)的開(kāi)關(guān)頻率就能明顯降低損耗，提高電源輕載時(shí)的效率。跳周期控制技術(shù)就是一種有效的方法。

通常當(dāng)電源從滿(mǎn)載一直減小時(shí)，其工作模式會(huì)從連續(xù)電流模式(CCM)進(jìn)入到非連續(xù)電流模式(DCM)，這時(shí)為了維持輸出電壓的調(diào)節(jié)，開(kāi)關(guān)管的導(dǎo)通時(shí)間將會(huì)減小。如果一直繼續(xù)減小負(fù)載，開(kāi)關(guān)管的導(dǎo)通時(shí)間就會(huì)到達(dá)最小導(dǎo)通時(shí)間。在達(dá)到最小導(dǎo)通時(shí)間后，如果仍繼續(xù)減小負(fù)載，調(diào)節(jié)器必須屏蔽掉一些開(kāi)關(guān)脈沖，以維持輸出電壓的調(diào)節(jié)。這時(shí)一個(gè)脈沖將對(duì)輸出電容充電維持足夠的輸出能量，而在接下來(lái)的幾個(gè)脈沖被調(diào)節(jié)器屏蔽，不驅(qū)動(dòng)開(kāi)關(guān)管，當(dāng)輸出電壓降到調(diào)節(jié)器的閾值電壓以下時(shí)，一個(gè)新的脈沖開(kāi)始。這樣，在維持輸出穩(wěn)定的前提下減少了開(kāi)關(guān)次數(shù)，降低了開(kāi)關(guān)損耗，從而極大的提高輕載的效率。

通過(guò)ADP1043的GUI可以設(shè)置開(kāi)關(guān)管的最大和最小的導(dǎo)通時(shí)間和是否啟用跳周期控制技術(shù)，如圖5所示。當(dāng)所需的導(dǎo)通時(shí)間小于設(shè)置的最小導(dǎo)通時(shí)間，并且啟用了跳周期控制技術(shù)時(shí)，電源進(jìn)入跳周期的工作模式。

圖5 跳周期控制GUI設(shè)置界面

關(guān)閉同步整流

當(dāng)電源采用同步整流時(shí)，由于MOSFET的雙向?qū)ǖ奶匦裕沟么藭r(shí)的電感電流能夠反向，產(chǎn)生環(huán)流。環(huán)流的大小和輸出濾波電感有關(guān)，輸出濾波電感越小，環(huán)流就會(huì)越大，相應(yīng)的損耗也會(huì)越大。由于同步整流管不能從連續(xù)電流模式(CCM)自動(dòng)切換到非連續(xù)電流模式(DCM)，因此要在電感電流反向前關(guān)閉同步整流，使電源進(jìn)入非連續(xù)電流模式(DCM)，避免環(huán)流的產(chǎn)生，大大提高電源輕載時(shí)的效率。

通過(guò)ADP1043的GUI可以設(shè)置關(guān)閉同步整流時(shí)的電流閾值。當(dāng)輸出電流值低于該閾值時(shí)，關(guān)閉同步整流。如圖6所示為采用ADP1043設(shè)計(jì)的全橋拓?fù)涞哪K電源在不關(guān)閉和關(guān)閉同步整流在輕載條件下的損耗的情況。可以看到，當(dāng)關(guān)閉同步整流后，大大減少了電源的輕載損耗。

圖6 兩種模式下的輕載損耗比較

切相技術(shù)

隨著對(duì)功率要求越來(lái)越大，以及對(duì)負(fù)載瞬態(tài)響應(yīng)的要求越來(lái)越嚴(yán)格，用兩個(gè)或更多個(gè)功率單元進(jìn)行交錯(cuò)處理的多相技術(shù)越來(lái)越普遍。多相電路相對(duì)于單相電路具備明顯的優(yōu)勢(shì)。這些優(yōu)勢(shì)包括輸入紋波電流很低，輸入電容數(shù)量較少;由于輸出紋波頻率的等效倍增，使輸出紋波電壓也降低了;而且由于損耗分布在更多元件中，消除了熱點(diǎn)，降低了元件的溫度;在重載時(shí)，開(kāi)關(guān)管的導(dǎo)通損耗占主導(dǎo)，通過(guò)多相并聯(lián)可以很好的降低導(dǎo)通損耗，提高電源在重載時(shí)的效率。但是，隨著負(fù)載的減少，電路進(jìn)入輕載狀態(tài)，開(kāi)關(guān)管的開(kāi)關(guān)損耗逐漸占主導(dǎo)，此時(shí)，輸出由一相供電就已經(jīng)足夠，多相的并聯(lián)反而使開(kāi)關(guān)損耗成倍增加。因而，在輕載時(shí)，僅留一相工作，關(guān)閉多相模式，可以明顯改善電路在輕載時(shí)的效率。

如圖7所示，為采用ADP1043所設(shè)計(jì)的交錯(cuò)式雙管正激電路。當(dāng)輸出電流值低于通過(guò)GUI所設(shè)置的閾值時(shí)，ADP1043便會(huì)關(guān)閉QA2、QB2的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，以減少損耗。圖8所示為采用切相技術(shù)的電源的效率曲線(xiàn)，可以發(fā)現(xiàn)當(dāng)輸出電流低于10A時(shí)，電源工作在單相模式下，效率有了明顯的提高。

圖7 交錯(cuò)式雙管正激電路

圖8 采用切相技術(shù)的效率曲線(xiàn)

結(jié)語(yǔ)

ADP1043所提供的數(shù)字電源技術(shù)可以有效提高電源無(wú)論是在重載還是在輕載時(shí)的效率，實(shí)現(xiàn)了高效率電源。