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。
　　
zhexiexinbiaozhungaikuoleduidianyuandeyaoqiu，yizaibutongdegongzuomoshixiajinxinggenghaodenengyuanliyong。weilefuhezhexiexindejienengyaoqiu

，zhunxiezhenkongzhiheguzhidianyakaiguan(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。raner，daijigonghaomeishimeikedouzaifasheng
，qiecileishebeishuliangzhongduo，yinciquanqiufanweineidedaijigonghaoshiyizhishujikuaisushangshengde。ruojiangsuoyougonghaohuizongqilai
，zezhexiehendidegonghaoshuzhijiangxiangdangkeguan。juguji
，zaioumengdaijigonghaoyijingzhanlejiatinghebangongyongdianliangde10%，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”是(shi)國(guo)際(ji)認(ren)可(ke)度(du)最(zui)高(gao)的(de)標(biao)準(zhun)之(zhi)一(yi)。能(neng)源(yuan)之(zhi)星(xing)包(bao)含(han)了(le)廣(guang)泛(fan)的(de)不(bu)斷(duan)完(wan)善(shan)的(de)標(biao)準(zhun)，以(yi)實(shi)現(xian)在(zai)空(kong)負(fu)載(zai)和(he)輕(qing)負(fu)載(zai)條(tiao)件(jian)下(xia)的(de)節(jie)能(neng)

，在(zai)標(biao)準(zhun)工(gong)作(zuo)模(mo)式(shi)下(xia)更(geng)高(gao)的(de)效(xiao)率(lv)

，更(geng)少(shao)的(de)總(zong)諧(xie)波(bo)失(shi)真(zhen)(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、zhunxiezhenkongzhiheguzhidianyakaiguanjinjinshiqizhongdejigelizi。qizhong
，daizhunxiezhenkongzhihuoguzhidianyakaiguanhetiaomaichongdefanjishibianhuanqishizuichusedejishujiejuefanganzhiyi。fanjishibianhuanqiyouyuqijuyoujiegoujiandan
、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deCCM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)shizuidachengdudijieneng。zaicileifuzaishi，keyongjishaodekaiguanshijianshixiandianyatiaojie，jinzaishuchudianyazaitiaojiebianjieshicaixuyaokaiguandongzuo，ewaidekaiguandongzuohuizaochengnengyuanlangfei。liru，meiyigekaiguanzhouqizhongdehuanchongdianludouhuichanshengnenghao，zaitiaomaichongjiangeqijiankexiaochucileinenghao。tiaomaichongzhiyouzaishuchudianyaxiajiangdaomouyiyuzhiyixiashicaijinxingbiyaodekaiguandongzuo
，cishichujicekongzhiqihuishijiayigemaichongdaobianyaqi
，jiangshuchudianyatigaodaozhihouchuangkoudeshangxian，yibaochiduishuchudetiaojie。kaiguandongzuosuihoutingzhi
，shideshuchudianyashuaijian，dadaozhihouchuangkoudexiaxian
，cishikaiguandongzuolijihuifu。tongguozhezhongfangshixiaochulesuoyoububiyaodekaiguannenghao。
　　
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biPFC。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
　　
總zong之zhi，更geng嚴yan格ge的de節jie能neng標biao準zhun要yao求qiu創chuang新xin的de電dian源yuan技ji術shu
，電dian源yuan需xu要yao在zai整zheng個ge負fu載zai範fan圍wei內nei都dou有you很hen高gao的de效xiao率lv
，並bing可ke極ji大da節jie約yue能neng源yuan。基ji於yu負fu載zai條tiao件jian，操cao作zuo不bu同tong模mo式shi下xia的de使shi用yong準zhun諧xie振zhen控kong製zhi和he跳tiao脈mai衝chong技ji術shu的de反fan激ji式shi變bian換huan器qi可ke闡chan明ming它ta對duiAC/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。