利用谷值電壓開(kāi)關(guān)和多工作模式提高AC/DC轉換器效率

　　谷值電壓有兩種不同的情況：

　　 (方程1)

　　其中，N為變壓器匝數比。在該條件下，得到的次級電壓足夠高，能使初級電壓VDS為零。因此，初級側MOSFET可以在其兩端為零電壓時(shí)啟動(dòng)。

　　 (方程2)

　　在這一條件下，得到的二次電壓不足以使電壓VDS為零，只是得到了電壓谷值。圖2顯示了準諧振反激式變換器的典型VVS工作模式。若符合方程1的條件，則谷值電壓將為零，從而獲得ZVS。

　　ZVS/VVS可極大地節約能源并提高效率.回顧一下電容CDS中存儲的能量和在頻率fS時(shí)的開(kāi)關(guān)功率，這是很容易理解的：

　　 (方程3)

　　方程3表明，在給定電容的條件下，可通過(guò)降低電容兩端的電壓或所使用的開(kāi)關(guān)頻率來(lái)降低開(kāi)關(guān)功率PSW。

　　具有硬開(kāi)關(guān)的反激式變換器在CDS兩端電壓很高時(shí)啟動(dòng)開(kāi)關(guān)，從而導致很高的開(kāi)關(guān)功率。電容CDS中的存儲的能量在下一次啟動(dòng)時(shí)消耗于MOSFET通道電阻，從而造成開(kāi)關(guān)功率損耗。此類(lèi)功耗在離線(xiàn)AC/DC應用中特別重要，此類(lèi)應用中在線(xiàn)路電壓85到265VAC之間進(jìn)行整流時(shí)產(chǎn)生很高的直流連接電壓。相反，同樣的一個(gè)反激式變換器若處于準諧振控制和VVS模式下，則可在降低電壓的情況下啟動(dòng)開(kāi)關(guān)。電壓通過(guò)LC諧振降低，因為存儲在電容的能量放電，并重新回到了DC連接電容C BLK ，而不是消耗于MOSFET通道電阻。

　　準諧振反激式變換器功能可以通過(guò)反激式準諧振控制器實(shí)現。準諧振控制器在不同比例負載到額定滿(mǎn)負載條件下都可實(shí)現準諧振控制，并可進(jìn)一步分為可變導通時(shí)間控制的標準準諧振模式，和固定導通時(shí)間控制(也稱(chēng)為頻率返送模式)的準諧振模式。例如，準諧振控制可以設計應用于15%負載到額定滿(mǎn)負載的范圍，其中，50%到15%的額定負載時(shí)，控制器工作于FFM。頻率隨負載減少而降低，以進(jìn)一步減少開(kāi)關(guān)功耗。從50%負載到滿(mǎn)負載，控制器工作在標準準諧振時(shí)隨著(zhù)負載的增加頻率也會(huì )降低，以減少開(kāi)關(guān)功率損耗。通常要有一個(gè)最大的開(kāi)關(guān)頻率(通常鉗位在150kHz以下)以最小化EMI影響并滿(mǎn)足EMI要求。

　　1． 利用跳脈沖提高效率

　　跳脈沖也稱(chēng)為綠色模式或猝發(fā)工作模式，可在超輕負載(待機模式或空負載)時(shí)最大程度地節能。在此類(lèi)負載時(shí)，可用極少的開(kāi)關(guān)事件實(shí)現電壓調節，僅在輸出電壓在調節邊界時(shí)才需要開(kāi)關(guān)動(dòng)作，額外的開(kāi)關(guān)動(dòng)作會(huì )造成能源浪費。例如，每一個(gè)開(kāi)關(guān)周期中的緩沖電路都會(huì )產(chǎn)生能耗，在跳脈沖間隔期間可消除此類(lèi)能耗。跳脈沖只有在輸出電壓下降到某一閾值以下時(shí)才進(jìn)行必要的開(kāi)關(guān)動(dòng)作，此時(shí)初級側控制器會(huì )施加一個(gè)脈沖到變壓器，將輸出電壓提高到滯后窗口的上限，以保持對輸出的調節。開(kāi)關(guān)動(dòng)作隨后停止，使得輸出電壓衰減，達到滯后窗口的下限，此時(shí)開(kāi)關(guān)動(dòng)作立即恢復。通過(guò)這種方式消除了所有不必要的開(kāi)關(guān)能耗。

　　2． 輕負載時(shí)關(guān)斷PFC以節能

　　輕負載時(shí)PFC沒(méi)有任何優(yōu)勢。從本質(zhì)上來(lái)說(shuō)，它所做的一切就是通過(guò)偏置和開(kāi)關(guān)過(guò)程產(chǎn)生能耗。輕負載時(shí)關(guān)斷PFC會(huì )節省所有這些功率，同時(shí)對功率因數造成的影響保持最小。一款正確配置的反激式準諧振控制器可能有一個(gè)專(zhuān)用引腳實(shí)現此類(lèi)功能，根據該引腳的狀態(tài)改變提示，在預確定的負載條件下自動(dòng)關(guān)閉PFC。通過(guò)增加由一個(gè)二極管和一個(gè)電阻(如圖1中的Ds和Rs)組成的輔助外部電路，此類(lèi)狀態(tài)引腳也可用作降低初級側峰值電流的指示器。這一方面在輕負載時(shí)有助于通過(guò)降低峰值電流的諧波功率—從而降低功耗，另一方面，也可通過(guò)降低流過(guò)變壓器中的峰值電流減少或消除流可聞噪聲。

　　總結及實(shí)例

　　總之，更嚴格的節能標準要求創(chuàng )新的電源技術(shù)，電源需要在整個(gè)負載范圍內都有很高的效率，并可極大節約能源?；谪撦d條件，操作不同模式下的使用準諧振控制和跳脈沖技術(shù)的反激式變換器可闡明它對AC/DC應用中的節能進(jìn)行優(yōu)化的有效性。新開(kāi)發(fā)的IC(如TI推出的UCC28600)是符合新節能標準的最優(yōu)解決方案之一。圖3提供了效率的典型測試結果，而圖4則顯示了在連接于通用離線(xiàn)輸入(帶單一18Vdc輸出)的65W反激式變換器中使用UCC28600的準諧振控制和跳脈沖技術(shù)的待機功率。

圖3：使用UCC28600的65W模塊的效率測試結果。

圖4：使用UCC28600的65W模塊的待機功率測試結果。