最大化從滿負載到空負載時的 AC/DC 效率

雖然在 AC/DC 電源設計中最大化滿負載時的電源效率是一個優先考慮的因素， 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”這個一般性課題以外，設計人員還正在努力尋找其他方法來最大化端 到端的節能。

　　事實上，對于采用 AC 電源適配器的設計來說，節約幾毫瓦的功耗 是一個特別令人關注的問題，這一問題正在全球引起廣泛關注。 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保型 IC 控制器中所采用的一些技術進行 總結，以最小化轉換器整個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 轉換器通常會在待機模式上耗費大量的時間，而且總是存在某種電源漏極。無論 我們討論的是遙控電視機、視頻設備、無繩電話或無線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，基本上來說這 都是同一個問題。各個轉換器在待機模式下的實際功耗都是非常低的，通常為 0.3W 到 20W。但是無論待機功耗有多低，如果你將其與所使用的消費類電子工 業產品、商業和工業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。諸如能源之星的開發 標準主要關注空負載和輕負載時的能源節約、正常運行時的更高效率、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。

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

　　廣泛用于消費類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 多個輸出電壓軌（請參見圖 1，在此應用中采用了 UCC28600 準諧振芯片）。準 諧振控制讓軟開關的使用變得更輕松，這樣不但提高了效率而且節約了能源。 在 準諧振運行中，次側主開關具有非常低的開啟電壓，當其處于關閉狀態時，電源 就會再次產生可以為開關電容充電的能源。

　　相反，硬開關拓撲結構中連續和非連續電流模式（CCM 和 DCM）運行的開啟損耗 非常高。為了在整個負載范圍內都實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，FFM 電路便立即返回到開關頻率下工作，從而降低開 關損耗；當負載變得非常輕時，磁滯模式（也稱為綠色模式或突發模式）便開始 工作以啟動脈沖跳躍。脈沖跳躍不但可以降低輕負載和空負載時的開關損耗，而 且還可以實現更好的節能效果。

　　對于具有前端 PFC 預調節器的應用而言，在非常輕的負載時，關閉 PFC 運行可 節約更多的能源。

　　電路

　　準諧振控制是對運行在臨界導電模式 (CrCM) 下采用零電壓開關 (ZVS) 或谷值 開關 (VVS) 技術的反向轉換器的描述。ZVS/VVS 運行是由反向變壓器一次側繞 組電感和一次側主 MOSFET 開關 (CDS) 的總等效電容形成的 LC 諧振引起的。在 諧振開關切換過程中，MOSFET 兩端的電壓會下降。反向轉換器檢測到該下降并 在谷值點開啟一次側開關。谷值電壓開關必須滿足兩個條件，第一個條件是：

　　其中，N 為變壓器匝比。在這種條件下，二次側反射電壓 (reflected secondary voltage) 非常高，足以促使一次側 VDS 電壓變為 0。因此，0V 電壓就可以將 一次側 MOSFET 開關開啟；第二個條件是：

　　在此條件下，二次側反射電壓不能將 VDS 電壓轉為 0V。相反，我們得到了一個 “電壓谷值”。圖 2 顯示了準諧振反向轉換器的典型 VVS 運行。如果滿足了第 一個公式的條件，那么谷值電壓就會被擴展到 0V。于是，我們就實現了 0 電壓 開關。

　　ZVS/VVS 不僅大大節約了能源，而且還提高了效率。對于一個給定的電容而言， 開關電源 Psw 由電容器兩端的電壓 CDS 以及開關頻率 fs 決定：