利用谷值電壓開關(guān)和多工作模式提高AC/DC轉(zhuǎn)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(shù)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(cè)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，只是得到了電壓谷值。圖2顯示了準(zhǔn)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(jié)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時的開關(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，可通過降低電容兩端的電壓或所使用的開關(guān)頻率來降低開關(guān)功率PSW。

　　具有硬開關(guān)的反激式變換器在CDS兩端電壓很高時啟動開關(guān)，從而導(dǎo)致很高的開關(guān)功率。電容CDS中的存儲的能量在下一次啟動時消耗于MOSFET通道電阻，從而造成開關(guān)功率損耗。此類功耗在離線AC/DC應(yīng)用中特別重要，此類應(yīng)用中在線路電壓85到265VAC之間進(jìn)行整流時產(chǎn)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于準(zhǔn)諧振控制和VVS模式下，則可在降低電壓的情況下啟動開關(guān)。電壓通過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(zhǔn)諧振反激式變換器功能可以通過反激式準(zhǔn)諧振控制器實現(xiàn)。準(zhǔn)諧振控制器在不同比例負(fù)載到額定滿負(fù)載條件下都可實現(xiàn)準(zhǔn)諧振控制，并可進(jìn)一步分為可變導(dǎo)通時間控制的標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)諧振模式，和固定導(dǎo)通時間控制(也稱為頻率返送模式)的準(zhǔn)諧振模式。例如，準(zhǔn)諧振控制可以設(shè)計應(yīng)用于15%負(fù)載到額定滿負(fù)載的范圍，其中，50%到15%的額定負(fù)載時，控制器工作于FFM。頻率隨負(fù)載減少而降低，以進(jìn)一步減少開關(guān)功耗。從50%負(fù)載到滿負(fù)載，控制器工作在標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)諧振時隨著負(fù)載的增加頻率也會降低，以減少開關(guān)功率損耗。通常要有一個最大的開關(guān)頻率(通常鉗位在150kHz以下)以最小化EMI影響并滿足EMI要求。

　　1． 利用跳脈沖提高效率

　　跳脈沖也稱為綠色模式或猝發(fā)工作模式，可在超輕負(fù)載(待機(jī)模式或空負(fù)載)時最大程度地節(jié)能。在此類負(fù)載時，可用極少的開關(guān)事件實現(xiàn)電壓調(diào)節(jié)，僅在輸出電壓在調(diào)節(jié)邊界時才需要開關(guān)動作，額外的開關(guān)動作會造成能源浪費(fèi)。例如，每一個開關(guān)周期中的緩沖電路都會產(chǎn)生能耗，在跳脈沖間隔期間可消除此類能耗。跳脈沖只有在輸出電壓下降到某一閾值以下時才進(jìn)行必要的開關(guān)動作，此時初級側(cè)控制器會施加一個脈沖到變壓器，將輸出電壓提高到滯后窗口的上限，以保持對輸出的調(diào)節(jié)。開關(guān)動作隨后停止，使得輸出電壓衰減，達(dá)到滯后窗口的下限，此時開關(guān)動作立即恢復(fù)。通過這種方式消除了所有不必要的開關(guān)能耗。

　　2． 輕負(fù)載時關(guān)斷PFC以節(jié)能

　　輕負(fù)載時PFC沒有任何優(yōu)勢。從本質(zhì)上來說，它所做的一切就是通過偏置和開關(guān)過程產(chǎn)生能耗。輕負(fù)載時關(guān)斷PFC會節(jié)省所有這些功率，同時對功率因數(shù)造成的影響保持最小。一款正確配置的反激式準(zhǔn)諧振控制器可能有一個專用引腳實現(xiàn)此類功能，根據(jù)該引腳的狀態(tài)改變提示，在預(yù)確定的負(fù)載條件下自動關(guān)閉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(tài)引腳也可用作降低初級側(cè)峰值電流的指示器。這一方面在輕負(fù)載時有助于通過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(jié)及實例

　　總之，更嚴(yán)格的節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)要求創(chuàng)新的電源技術(shù)，電源需要在整個負(fù)載范圍內(nèi)都有很高的效率，并可極大節(jié)約能源?；谪?fù)載條件，操作不同模式下的使用準(zhǔn)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(yīng)用中的節(jié)能進(jìn)行優(yōu)化的有效性。新開發(fā)的IC(如TI推出的UCC28600)是符合新節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)的最優(yōu)解決方案之一。圖3提供了效率的典型測試結(jié)果，而圖4則顯示了在連接于通用離線輸入(帶單一18Vdc輸出)的65W反激式變換器中使用UCC28600的準(zhǔn)諧振控制和跳脈沖技術(shù)的待機(jī)功率。

圖3：使用UCC28600的65W模塊的效率測試結(jié)果。

圖4：使用UCC28600的65W模塊的待機(jī)功率測試結(jié)果。