數字電源技術(shù)助力實(shí)現高效率電源
引言
本文引用地址:http://dyxdggzs.com/article/175224.htm為推廣高效率節能產(chǎn)品,越來(lái)越多的國家和地區紛紛發(fā)布了各種節能規范和標準。例如,國際能源署(IEA)所倡導“1W計劃”,美國環(huán)保署(EPA)的“能源之星”計劃,以及中國節能產(chǎn)品認證中心(CECP)所制定的規章等都把節能環(huán)保放在重要位置。如何提高電源的效率,是目前電源設計中面臨的重要課題。數字電源技術(shù)的出現為提高電源的效率提供了新的方法。 ADP1043是ADI公司推出的一款針對高端服務(wù)器、存儲器以及通信設備等電源所設計的數字電源控制器,可支持多種拓撲結構,并利用直觀(guān)的圖形用戶(hù)界面(GUI)無(wú)需用語(yǔ)言進(jìn)行編程,便可在幾分鐘之內配置包括頻率、時(shí)序、電壓設置與保護限制等系統電源參數。圖1所示為ADP1043的典型應用電路。其所采用的數字電源技術(shù)可幫助實(shí)現高效率電源。

圖1 ADP1043典型應用電路
同步整流技術(shù)
同步整流技術(shù)是指用導通電阻較低的MOSFET來(lái)替代整流二極管,從而達到降低整流損耗、提高效率的目的。在同步整流技術(shù)中,為避免交叉導通的危險,在主開(kāi)關(guān)與同步整流開(kāi)關(guān)的驅動(dòng)信號之間必須設定一定的死區時(shí)間。在死區時(shí)間內,電感電流流過(guò)同步整流MOSFET的體二極管。而這個(gè)體二極管一般會(huì )具有較高的前向導通電壓VF,在死區時(shí)間較大時(shí),會(huì )造成較大的損耗。因此,為最大限度地提高效率,要求死區時(shí)間盡可能小。但是在傳統的模擬方案中,自驅動(dòng)型除了應用的限制外,還很難提供精確的控制時(shí)序;對于外驅動(dòng)型,由于其參數是由電阻、電容等無(wú)源器件進(jìn)行設定,存在誤差、老化、溫漂等問(wèn)題,為保證有足夠的余量,死區時(shí)間也不可能設置得很小。因此,ADP1043的數字方案是很好的選擇。
圖2所示為ADP1043在全橋拓撲電路下的PWM和SR的GUI設置界面。通過(guò)設置T9、T10、T11和T125便可精確獲得同步整流MOSFET所需的死區時(shí)間,其中每次調整的最小時(shí)間為5ns。

圖2 PWM和SR的GUI設置界面
伏秒平衡控制技術(shù)
在傳統的橋式拓撲電路中,一般為防止變壓器的偏磁,會(huì )在變壓器的原邊回路中串入一個(gè)隔直電容器。這樣做存在缺點(diǎn),一方面是增加了電源的成本和體積,另一方面又增加了損耗,降低了效率。ADP1043采用伏秒平衡控制的數字技術(shù)解決了該問(wèn)題。
如圖3所示,在每個(gè)開(kāi)關(guān)周期中,ADP1043通過(guò)CS1分別測量流過(guò)開(kāi)關(guān)管A、D和開(kāi)關(guān)管B、C的電流并計算其差值,通過(guò)差值信號調節驅動(dòng)信號OUTB和OUTD的脈寬,對失衡進(jìn)行補償。例如,如圖4所示,當CS1測量到流過(guò)開(kāi)關(guān)管B、 C的電流大于開(kāi)關(guān)管A、D時(shí),便會(huì )減小OUTB的脈寬,增大OUTD的脈寬,這樣流過(guò)開(kāi)關(guān)管B、C的電流會(huì )減小,而流過(guò)開(kāi)關(guān)管A、D的電流會(huì )增大,經(jīng)過(guò)若干周期后,電流自動(dòng)實(shí)現了平衡。采用該技術(shù)后,可有效防止偏磁,并且省去隔直電容器,提高效率和可靠性。

圖3 伏秒平衡控制技術(shù)

圖4 伏秒平衡控制波形
動(dòng)態(tài)死區控制技術(shù)
在傳統模擬方案中,一般設定一個(gè)足夠長(cháng)的固定的死區時(shí)間可確保電源工作在所有條件下。但是對于一個(gè)典型的應用環(huán)境,這個(gè)死區時(shí)間往往比所需的時(shí)間長(cháng),由于在死區時(shí)間,是MOSFET的體二極管在導通電流,所以較長(cháng)的死區時(shí)間會(huì )增加損耗,降低電源的效率。ADP1043可根據負載的情況,動(dòng)態(tài)調節死區的大小,從而使電源在輕載和滿(mǎn)載時(shí)的效率得以?xún)?yōu)化。
改善輕載效率
除了提高電源在重載下的效率,改善電源輕載時(shí)的效率也同樣至關(guān)重要。這是因為在電源壽命的絕大部分時(shí)間內,工作負荷一般低于60%,電源很少在滿(mǎn)負荷下(100%)長(cháng)時(shí)間工作,在滿(mǎn)載時(shí)能高效工作的系統并不能保證在輕載時(shí)也同樣保持最佳狀態(tài)。傳統的模擬方案為改善輕載效率,往往需要大規模改變或增加控制電路,增加了控制的復雜性,降低了電源的可靠性。而ADP1043所提供的數字控制技術(shù),無(wú)需增加新的控制電路就能輕易的切換控制策略,這對于模擬電路來(lái)說(shuō)幾乎是不可能的。
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