數字電源技術助力實現高效率電源

跳周期控制技術

一般來說，開關電源在重載時，其損耗主要是功率開關管的導通損耗。而在輕載時，開關管的開關損耗和磁損占主導地位。因此，降低開關管在輕載時的開關頻率就能明顯降低損耗，提高電源輕載時的效率。跳周期控制技術就是一種有效的方法。

通常當電源從滿載一直減小時，其工作模式會從連續電流模式(CCM)進入到非連續電流模式(DCM)，這時為了維持輸出電壓的調節，開關管的導通時間將會減小。如果一直繼續減小負載，開關管的導通時間就會到達最小導通時間。在達到最小導通時間后，如果仍繼續減小負載，調節器必須屏蔽掉一些開關脈沖，以維持輸出電壓的調節。這時一個脈沖將對輸出電容充電維持足夠的輸出能量，而在接下來的幾個脈沖被調節器屏蔽，不驅動開關管，當輸出電壓降到調節器的閾值電壓以下時，一個新的脈沖開始。這樣，在維持輸出穩定的前提下減少了開關次數，降低了開關損耗，從而極大的提高輕載的效率。

通過ADP1043的GUI可以設置開關管的最大和最小的導通時間和是否啟用跳周期控制技術，如圖5所示。當所需的導通時間小于設置的最小導通時間，并且啟用了跳周期控制技術時，電源進入跳周期的工作模式。

圖5 跳周期控制GUI設置界面

關閉同步整流

當電源采用同步整流時，由于MOSFET的雙向導通的特性，使得此時的電感電流能夠反向，產生環流。環流的大小和輸出濾波電感有關，輸出濾波電感越小，環流就會越大，相應的損耗也會越大。由于同步整流管不能從連續電流模式(CCM)自動切換到非連續電流模式(DCM)，因此要在電感電流反向前關閉同步整流，使電源進入非連續電流模式(DCM)，避免環流的產生，大大提高電源輕載時的效率。

通過ADP1043的GUI可以設置關閉同步整流時的電流閾值。當輸出電流值低于該閾值時，關閉同步整流。如圖6所示為采用ADP1043設計的全橋拓撲的模塊電源在不關閉和關閉同步整流在輕載條件下的損耗的情況?？梢钥吹?，當關閉同步整流后，大大減少了電源的輕載損耗。

圖6 兩種模式下的輕載損耗比較

切相技術

隨著對功率要求越來越大，以及對負載瞬態響應的要求越來越嚴格，用兩個或更多個功率單元進行交錯處理的多相技術越來越普遍。多相電路相對于單相電路具備明顯的優勢。這些優勢包括輸入紋波電流很低，輸入電容數量較少;由于輸出紋波頻率的等效倍增，使輸出紋波電壓也降低了;而且由于損耗分布在更多元件中，消除了熱點，降低了元件的溫度;在重載時，開關管的導通損耗占主導，通過多相并聯可以很好的降低導通損耗，提高電源在重載時的效率。但是，隨著負載的減少，電路進入輕載狀態，開關管的開關損耗逐漸占主導，此時，輸出由一相供電就已經足夠，多相的并聯反而使開關損耗成倍增加。因而，在輕載時，僅留一相工作，關閉多相模式，可以明顯改善電路在輕載時的效率。

如圖7所示，為采用ADP1043所設計的交錯式雙管正激電路。當輸出電流值低于通過GUI所設置的閾值時，ADP1043便會關閉QA2、QB2的驅動信號，以減少損耗。圖8所示為采用切相技術的電源的效率曲線，可以發現當輸出電流低于10A時，電源工作在單相模式下，效率有了明顯的提高。

圖7 交錯式雙管正激電路

圖8 采用切相技術的效率曲線

結語

ADP1043所提供的數字電源技術可以有效提高電源無論是在重載還是在輕載時的效率，實現了高效率電源。