詳解最大化從滿(mǎn)負載到空負載時(shí)的AC/DC效率

雖然在AC/DC電源設計中最大化滿(mǎn)負載時(shí)的電源效率是一個(gè)優(yōu)先考慮的因素，但是待機功耗標準以及新型電源效率標準也隱現出了更多的考慮因素。因此， 除了“高效”這個(gè)一般性課題以外，設計人員還正在努力尋找其他方法來(lái)最大化端到端的節能。事實(shí)上，對于采用 AC 電源適配器的設計來(lái)說(shuō)，節約幾毫瓦的功耗是一個(gè)特別令人關(guān)注的問(wèn)題，這一問(wèn)題正在全球引起廣泛關(guān)注。

準諧振控制、谷值電壓轉換以及多模運行(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，以最小化轉換器整個(gè)負載范圍內的能源損耗。

限制待機功耗

在包括了智能電子產(chǎn)品和“快速”響應在內的設計思路中，當今的AC/DC電源轉換器通常會(huì )在待機模式上耗費大量的時(shí)間，而且總是存在某種電源漏極。無(wú)論我們討論的是遙控電視機、視頻設備、無(wú)繩電話(huà)或無(wú)線(xiàn)路由器的外部低壓電源、辦公設備(復印機和打印機)還是諸如筆記本電腦的電池充電器，基本上來(lái)說(shuō)這都是同一個(gè)問(wèn)題。各個(gè)轉換器在待機模式下的實(shí)際功耗都是非常低的，通常為 0.3W 到 20W。但是無(wú)論待機功耗有多低，如果你將其與所使用的消費類(lèi)電子工業(yè)產(chǎn)品、商業(yè)和工業(yè)系統的數量相乘以后得到的合計功耗就變的非常大了。

事際上，待機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(kāi)發(fā)標準主要關(guān)注空負載和輕負載時(shí)的能源節約、正常運行時(shí)的更高效率、更低的總諧波失真 (THD) 并接近單位功率因數 (PF)。上表對外部單電壓AC/DC和AC/AC電源的能源之星標準作了總結。

滿(mǎn)足標準要求

系統設計人員如何才能滿(mǎn)足能源之星和其他正在開(kāi)發(fā)的國際標準呢?他們先后采用了有源鉗位和復位技術(shù)、轉移模式和交錯式多相 PFC 技術(shù)、脈沖跳躍技術(shù)、準諧振控制技術(shù)以及谷值電壓轉換技術(shù)。采用準諧振控制、谷值電壓轉換以及脈沖跳躍技術(shù)的反向轉換器就是其中的一種最佳的解決方案。

表：外部AC/DC與AC/AC電源的能源之星標準

廣泛用于消費類(lèi)電子應用的反向轉換器不但成本較低、易于控制，而且還可支持多個(gè)輸出電壓軌(請參見(jiàn)圖 1，在此應用中采用了 UCC28600 準諧振芯片)。準諧振控制讓軟開(kāi)關(guān)的使用變得更輕松，這樣不但提高了效率而且節約了能源。 在準諧振運行中，次側主開(kāi)關(guān)具有非常低的開(kāi)啟電壓，當其處于關(guān)閉狀態(tài)時(shí)，電源就會(huì )再次產(chǎn)生可以為開(kāi)關(guān)電容充電的能源。

圖 1、準諧振反向控制器的典型結構

相反，硬開(kāi)關(guān)拓撲結構中連續和非連續電流模式(CCM 和 DCM)運行的開(kāi)啟損耗非常高。為了在整個(gè)負載范圍內都實(shí)現較好的能源節約的目的，根據負載條件的不同，反向轉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。當負載降低時(shí)，FFM 電路便立即返回到開(kāi)關(guān)頻率下工作，從而降低開(kāi)關(guān)損耗;當負載變得非常輕時(shí)，磁滯模式(也稱(chēng)為綠色模式或突發(fā)模式)便開(kāi)始工作以啟動(dòng)脈沖跳躍。脈沖跳躍不但可以降低輕負載和空負載時(shí)的開(kāi)關(guān)損耗，而且還可以實(shí)現更好的節能效果。