中心議題：

• 如何降低待機功耗
• 新型電源架構和控製技術的介紹

解決方案：

• 帶準諧振控製或穀值電壓開關
• 跳脈衝的反激式變換器

當前在AC/DC應用中，電源轉換效率和節能性能的提高變得越來越重要，滿負載效率在AC/DCdianyuanshejizhongyizhishiyixiangzhuyaokaolvyinsu。xianzaiwomenzuiguanxindeshi，ruhezaiqingfuzaihekongfuzaishishixiangenghaodejienengxingneng，yinweiyuelaiyueduodedianyuanshipeiqizaidaijimoshixiayoudianwangjinxinggongdian。youyuzaiquanqiucileishipeiqideshuliangzengchangxunsu
，yincidajiazhengzaikaifaxindejienengbiaozhun。
　　
這(zhe)些(xie)新(xin)標(biao)準(zhun)概(gai)括(kuo)了(le)對(dui)電(dian)源(yuan)的(de)要(yao)求(qiu)，以(yi)在(zai)不(bu)同(tong)的(de)工(gong)作(zuo)模(mo)式(shi)下(xia)進(jin)行(xing)更(geng)好(hao)的(de)能(neng)源(yuan)利(li)用(yong)。為(wei)了(le)符(fu)合(he)這(zhe)些(xie)新(xin)的(de)節(jie)能(neng)要(yao)求(qiu)
，準(zhun)諧(xie)振(zhen)控(kong)製(zhi)和(he)穀(gu)值(zhi)電(dian)壓(ya)開(kai)關(guan)(Valley-VoltageSwitching)等技術，以及包括跳脈衝(pulse-skipping)在內的多模式工作模式越來越受到行業的關注。其高效性證明了這些技術可以實現AC/DC轉換器從空負載到滿負載模式優化的效率提高和功耗降低。越來越多的綠色模式IC采用了這些技術以控製不同拓撲結構的轉換器。
　　
降低待機功耗
　　
當前越來越多的AC/DC電dian源yuan轉zhuan換huan器qi具ju有you取qu代dai真zhen實shi物wu理li電dian源yuan開kai關guan的de待dai機ji模mo式shi。也ye就jiu是shi說shuo，在zai它ta們men的de主zhu要yao功gong能neng不bu工gong作zuo的de時shi候hou，電dian氣qi設she備bei仍reng存cun在zai功gong耗hao。最zui常chang見jian的de待dai機ji功gong耗hao出chu現xian於yu諸zhu如ru使shi用yong遙yao控kong的de電dian視shi機ji和he視shi頻pin設she備bei、無繩電話和無線路由器等具有外部低壓電源的電子設備、複印機和打印機等辦公設備，以及用於膝上型電腦的電池充電器等設備的應用。待機模式下單個轉換器的實際功耗很小，通常是0.3到20W。然ran而er，待dai機ji功gong耗hao每mei時shi每mei刻ke都dou在zai發fa生sheng
，且qie此ci類lei設she備bei數shu量liang眾zhong多duo
，因yin此ci全quan球qiu範fan圍wei內nei的de待dai機ji功gong耗hao是shi以yi指zhi數shu級ji快kuai速su上shang升sheng的de。若ruo將jiang所suo有you功gong耗hao彙hui總zong起qi來lai，則ze這zhe些xie很hen低di的de功gong耗hao數shu值zhi將jiang相xiang當dang可ke觀guan。據ju估gu計ji，在zai歐ou盟meng待dai機ji功gong耗hao已yi經jing占zhan了le家jia庭ting和he辦ban公gong用yong電dian量liang的de10%，在美國大約占總用電量的4%。
　　
為了降低待機功耗並提高整體負載範圍
，國際上正在製訂新的標準。其中
，美國環保總署(EPA)的“能源之星”shiguojirenkeduzuigaodebiaozhunzhiyi。nengyuanzhixingbaohanleguangfandebuduanwanshandebiaozhun，yishixianzaikongfuzaiheqingfuzaitiaojianxiadejieneng
，zaibiaozhungongzuomoshixiagenggaodexiaolv
，gengshaodezongxieboshizhen(THD)以及一致的單位功率因數(PF)。表1就是正在製定的這些標準的其中一個例子
，顯示了單一電壓外部AC/DC和AC/AC電源的能源之星標準。

表1：外部AC/DC和AC/AC電源的能源之星標準。



　[page]
新型電源架構和控製技術的提議和製定應符合這些新標準

，有源鉗位和複位、轉移模式和交錯式多相PFC、跳脈衝、準(zhun)諧(xie)振(zhen)控(kong)製(zhi)和(he)穀(gu)值(zhi)電(dian)壓(ya)開(kai)關(guan)僅(jin)僅(jin)是(shi)其(qi)中(zhong)的(de)幾(ji)個(ge)例(li)子(zi)。其(qi)中(zhong)，帶(dai)準(zhun)諧(xie)振(zhen)控(kong)製(zhi)或(huo)穀(gu)值(zhi)電(dian)壓(ya)開(kai)關(guan)和(he)跳(tiao)脈(mai)衝(chong)的(de)反(fan)激(ji)式(shi)變(bian)換(huan)器(qi)是(shi)最(zui)出(chu)色(se)的(de)技(ji)術(shu)解(jie)決(jue)方(fang)案(an)之(zhi)一(yi)。反(fan)激(ji)式(shi)變(bian)換(huan)器(qi)由(you)於(yu)其(qi)具(ju)有(you)結(jie)構(gou)簡(jian)單(dan)、成本低廉、器件數量少
、易於控製、支(zhi)持(chi)多(duo)種(zhong)輸(shu)出(chu)電(dian)壓(ya)軌(gui)等(deng)優(you)點(dian)，而(er)被(bei)廣(guang)泛(fan)應(ying)用(yong)於(yu)消(xiao)費(fei)類(lei)電(dian)子(zi)應(ying)用(yong)。為(wei)了(le)提(ti)高(gao)效(xiao)率(lv)和(he)節(jie)約(yue)能(neng)源(yuan)，同(tong)樣(yang)配(pei)置(zhi)的(de)反(fan)激(ji)式(shi)變(bian)換(huan)器(qi)可(ke)用(yong)軟(ruan)開(kai)關(guan)進(jin)行(xing)操(cao)作(zuo)，比(bi)如(ru)準(zhun)諧(xie)振(zhen)控(kong)製(zhi)。配(pei)置(zhi)有(you)軟(ruan)開(kai)關(guan)時(shi)，會(hui)降(jiang)低(di)功(gong)耗(hao)。

由(you)於(yu)準(zhun)諧(xie)振(zhen)控(kong)製(zhi)，一(yi)次(ci)主(zhu)開(kai)關(guan)具(ju)有(you)低(di)很(hen)多(duo)的(de)啟(qi)動(dong)電(dian)壓(ya)。先(xian)前(qian)充(chong)到(dao)開(kai)關(guan)電(dian)容(rong)的(de)能(neng)源(yuan)將(jiang)重(zhong)新(xin)流(liu)回(hui)電(dian)源(yuan)

，從(cong)而(er)極(ji)大(da)提(ti)高(gao)效(xiao)率(lv)。相(xiang)對(dui)而(er)言(yan)，硬(ying)開(kai)關(guan)的(de)CCM和DCM模式都會有很高的啟動損耗。為在整個負載範圍內更好地降低功耗
，反激式變換器可在不同模式下工作，比如頻率返送模式(FFM)和綠色模式，具體的工作模式視不同的負載條件而定。在FFM模式下，開關頻率隨著負載的降低而降低—從而減少開關損耗。當負載很小時(磁滯模式，也稱為綠色模式或猝發工作模式)，使用跳脈衝技術來啟動反激式變換器。跳脈衝減少了開關損耗並在輕負載和空負載時實現了更佳的低功耗模式。對於具有前端PFC預調節器的應用而言
，可以在負載很小時關閉PFC工作模式以節約更多的能源。
　　
反激式控製IC就是利用這些技術開發的。比如，TI最近推出的UCC28600準諧振綠色模式反激式控製器就是此類IC的一種。它在反激式變換器中的典型配置如圖1所示。下文中我們將進一步討論這些技術是如何提高AC/DC轉換器的效率並優化節能的。


圖1：UCC28600的典型應用。
　　
準諧振控製和穀值電壓開關
　　
準諧振控製描述的是一款工作在臨界傳導模式下具有零電壓開關(ZVS)或穀值電壓開關(VVS)的反激式變換器。造成ZVS/VVS的是LC諧振，主要來自反向變壓器的初級繞組電感和初級主MOSFET開關(CDS)兩端總的等效電容。MOSFET兩端的電壓在諧振開關過程中降低。反激式控製器檢測到電壓下降並在穀值點啟動一次開關，如圖2所示。


圖2：準諧振控製和穀值電壓開關。
　　[page]
穀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啟動。

(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

，隻是得到了電壓穀值。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，則穀值電壓將為零，從而獲得ZVS。
　　ZVS/VVS可極大地節約能源並提高效率.回顧一下電容CDS中存儲的能量和在頻率fS時的開關功率

，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

，可通過降低電容兩端的電壓或所使用的開關頻率來降低開關功率PSW。

具有硬開關的反激式變換器在CDS兩端電壓很高時啟動開關，從而導致很高的開關功率。電容CDS中的存儲的能量在下一次啟動時消耗於MOSFET通道電阻，從而造成開關功率損耗。此類功耗在離線AC/DC應用中特別重要，此類應用中在線路電壓85到265VAC之間進行整流時產生很高的直流連接電壓。相反，同樣的一個反激式變換器若處於準諧振控製和VVS模式下，則可在降低電壓的情況下啟動開關。電壓通過LC諧振降低，因為存儲在電容的能量放電
，並重新回到了DC連接電容CBLK，而不是消耗於MOSFET通道電阻。
　　
準zhun諧xie振zhen反fan激ji式shi變bian換huan器qi功gong能neng可ke以yi通tong過guo反fan激ji式shi準zhun諧xie振zhen控kong製zhi器qi實shi現xian。準zhun諧xie振zhen控kong製zhi器qi在zai不bu同tong比bi例li負fu載zai到dao額e定ding滿man負fu載zai條tiao件jian下xia都dou可ke實shi現xian準zhun諧xie振zhen控kong製zhi，並bing可ke進jin一yi步bu分fen為wei可ke變bian導dao通tong時shi間jian控kong製zhi的de標biao準zhun準zhun諧xie振zhen模mo式shi，和he固gu定ding導dao通tong時shi間jian控kong製zhi(也稱為頻率返送模式)的準諧振模式。例如
，準諧振控製可以設計應用於15%負載到額定滿負載的範圍，其中，50%到15%的額定負載時，控製器工作於FFM。頻率隨負載減少而降低
，以進一步減少開關功耗。從50%負載到滿負載，控製器工作在標準準諧振時隨著負載的增加頻率也會降低，以減少開關功率損耗。通常要有一個最大的開關頻率(通常鉗位在150kHz以下)以最小化EMI影響並滿足EMI要求。
　　
1．利用跳脈衝提高效率
　　
跳脈衝也稱為綠色模式或猝發工作模式，可在超輕負載(待機模式或空負載)時shi最zui大da程cheng度du地di節jie能neng。在zai此ci類lei負fu載zai時shi，可ke用yong極ji少shao的de開kai關guan事shi件jian實shi現xian電dian壓ya調tiao節jie，僅jin在zai輸shu出chu電dian壓ya在zai調tiao節jie邊bian界jie時shi才cai需xu要yao開kai關guan動dong作zuo，額e外wai的de開kai關guan動dong作zuo會hui造zao成cheng能neng源yuan浪lang費fei。例li如ru，每mei一yi個ge開kai關guan周zhou期qi中zhong的de緩huan衝chong電dian路lu都dou會hui產chan生sheng能neng耗hao，在zai跳tiao脈mai衝chong間jian隔ge期qi間jian可ke消xiao除chu此ci類lei能neng耗hao。跳tiao脈mai衝chong隻zhi有you在zai輸shu出chu電dian壓ya下xia降jiang到dao某mou一yi閾yu值zhi以yi下xia時shi才cai進jin行xing必bi要yao的de開kai關guan動dong作zuo
，此ci時shi初chu級ji側ce控kong製zhi器qi會hui施shi加jia一yi個ge脈mai衝chong到dao變bian壓ya器qi，將jiang輸shu出chu電dian壓ya提ti高gao到dao滯zhi後hou窗chuang口kou的de上shang限xian
，以yi保bao持chi對dui輸shu出chu的de調tiao節jie。開kai關guan動dong作zuo隨sui後hou停ting止zhi
，使shi得de輸shu出chu電dian壓ya衰shuai減jian
，達da到dao滯zhi後hou窗chuang口kou的de下xia限xian，此ci時shi開kai關guan動dong作zuo立li即ji恢hui複fu。通tong過guo這zhe種zhong方fang式shi消xiao除chu了le所suo有you不bu必bi要yao的de開kai關guan能neng耗hao。
　　
2．輕負載時關斷PFC以節能
　　
輕負載時PFC沒有任何優勢。從本質上來說

，它所做的一切就是通過偏置和開關過程產生能耗。輕負載時關斷PFC會(hui)節(jie)省(sheng)所(suo)有(you)這(zhe)些(xie)功(gong)率(lv)，同(tong)時(shi)對(dui)功(gong)率(lv)因(yin)數(shu)造(zao)成(cheng)的(de)影(ying)響(xiang)保(bao)持(chi)最(zui)小(xiao)。一(yi)款(kuan)正(zheng)確(que)配(pei)置(zhi)的(de)反(fan)激(ji)式(shi)準(zhun)諧(xie)振(zhen)控(kong)製(zhi)器(qi)可(ke)能(neng)有(you)一(yi)個(ge)專(zhuan)用(yong)引(yin)腳(jiao)實(shi)現(xian)此(ci)類(lei)功(gong)能(neng)，根(gen)據(ju)該(gai)引(yin)腳(jiao)的(de)狀(zhuang)態(tai)改(gai)變(bian)提(ti)示(shi)
，在(zai)預(yu)確(que)定(ding)的(de)負(fu)載(zai)條(tiao)件(jian)下(xia)自(zi)動(dong)關(guan)閉(bi)PFC。通過增加由一個二極管和一個電阻(如圖1中的Ds和Rs)組成的輔助外部電路，此類狀態引腳也可用作降低初級側峰值電流的指示器。這一方麵在輕負載時有助於通過降低峰值電流的諧波功率—從而降低功耗，另一方麵
，也可通過降低流過變壓器中的峰值電流減少或消除流可聞噪聲。
　　
總結及實例
　　
zongzhi，gengyangedejienengbiaozhunyaoqiuchuangxindedianyuanjishu，dianyuanxuyaozaizhenggefuzaifanweineidouyouhengaodexiaolv，bingkejidajieyuenengyuan。jiyufuzaitiaojian
，caozuobutongmoshixiadeshiyongzhunxiezhenkongzhihetiaomaichongjishudefanjishibianhuanqikechanmingtaduiAC/DC應用中的節能進行優化的有效性。新開發的IC(如TI推出的UCC28600)是符合新節能標準的最優解決方案之一。圖3提供了效率的典型測試結果，而圖4則顯示了在連接於通用離線輸入(帶單一18Vdc輸出)的65W反激式變換器中使用UCC28600的準諧振控製和跳脈衝技術的待機功率。


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。