兩個(gè)高效能電源設計

美國環(huán)保署(EPA)的能源之星(Energy Star)計劃在2007年7月20日正式開(kāi)始實(shí)施，這是針對個(gè)人電腦在不同負載下最低效能要求的規范。同時(shí)，它也為其他設備，包括企業(yè)服務(wù)器、外部電源(使用在如游戲機或筆記本電腦等)以及一系列家用設備規劃或制定了類(lèi)似的要求。由于能源之星在制定時(shí)都會(huì )和其他國家和地區的同類(lèi)機構合作，因此它已在這些國家得到了采用。

　　電源在降低功耗上舉足輕重，因此面對法規標準和消費者的更高要求時(shí)，重新檢討其設計方式就顯得非常急迫。雖然可以改進(jìn)傳統的拓撲結構來(lái)達到更高效能要求，但可以明顯地看出，沿用舊式設計方式的產(chǎn)品，其性?xún)r(jià)比將會(huì )低。在本文中，我們將提出兩個(gè)能符合更高效能要求，并可控制目標成本的設計方式，并將之和傳統的拓撲結構進(jìn)行比較。

　　傳統的拓撲結構

　　為特定應用選擇拓撲結構時(shí)有幾個(gè)考慮因素，包括輸入電壓范圍是全球通用還是只針對特定地區，輸出電壓是單一還是多重(電流大小也是重要的條件)，效能目標，特別是在不同負載下的效能表現。傳統上，在大批量生產(chǎn)電源時(shí)多以成本，設計工程師對拓撲結構的熟悉度以及元件是否容易采購為考慮因素，其他因素還包括設計是否容易實(shí)
現和設計方式是否在電源產(chǎn)業(yè)鏈中為大家所熟知等。

　　較受歡迎的傳統設計方式主要為單開(kāi)關(guān)正向、雙開(kāi)關(guān)正向和半橋結構，這些結構提供了滿(mǎn)足目前需求的穩固解決方案。不過(guò)如上所述，新興的標準需要電源能夠達成比先前更高的效能。過(guò)去，典型的臺式電腦電源可以達到60%～70%的最高效能，但現在則要求電源在額定負載的20%、50%和100%時(shí)都能達到最低80%的效能。同時(shí)，最近更出現了希望能夠在低于20%負載時(shí)達到70%或以上效能的趨勢，且待機功耗能夠持續下降。我們將探討三種傳統拓撲的優(yōu)缺點(diǎn)，并介紹兩種新型的拓撲。

　　1 單開(kāi)關(guān)正向

　　圖1中的這個(gè)拓撲相當受到歡迎，主要原因是元件數少且設計要求簡(jiǎn)單，但對于不同負載情況的高效能要求卻為這個(gè)拓撲帶來(lái)新挑戰。在接近滿(mǎn)載或滿(mǎn)載時(shí)，這個(gè)拓撲的效能受到50%占空比的限制。而在較輕負載時(shí)，開(kāi)關(guān)耗損是造成效能不佳的主要原因。許多較新的設計采用功率因數校正(PFC)前端來(lái)降低諧波電流，在400 V的PFC輸出電壓下，單開(kāi)關(guān)正向方式被迫使用大于900 V的開(kāi)關(guān)，提高了FET的成本。

　　
圖1 單開(kāi)關(guān)正向拓補

　　2 雙開(kāi)關(guān)正向

　　圖2是另一個(gè)使用相當普遍的拓撲，它是解決開(kāi)關(guān)電壓限制問(wèn)題的升級版本。這依舊是一個(gè)會(huì )有高開(kāi)關(guān)耗損的硬開(kāi)關(guān)電路。其所帶來(lái)的問(wèn)題是需要使用門(mén)極驅動(dòng)變壓器或芯片驅動(dòng)電路來(lái)推動(dòng)高電壓端MOSFET。

　　
圖2 雙開(kāi)關(guān)正向拓補