解決準方波諧振電源的谷底跳頻問題

圖6：帶谷底鎖定功能的控制器開關頻率相對于輸出功率的變化

　　這種技術的另一優勢在于優化了整個負載/輸入電壓范圍（特別是高輸入電壓條件下）的能效。高輸入電壓時，不再有零電壓開關工作：開關損耗增加。因此，舉例來說，在第二個谷底而不是在第一個谷底工作或是在第三個谷底而不是在第二個谷底工作更有優勢，從而使電源能夠以較低的頻率開關。圖7很好地描繪了這種情況，此圖中顯示了控制器在第三個谷底或第四個谷底工作時，輸出功率在24 W到34 W之間時的能效變化。從圖中可以看出，在第四個谷底導通MOSFET提供的能效比在第三個谷底導通MOSFET高出0.3%。開關頻率在第四個谷底時比在第三個谷底時低15 kHz。

圖7：第三個谷底工作和第四個谷底工作實際應用案例中的能效差異

　　在集成電路中應用谷底鎖定技術

　　安森美半導體制造的準諧振控制器NCP1379和NCP1380中應用了谷底鎖定技術。實際上，使用了一組比較器在反饋引腳監測電壓，并將信息饋送給計數器。每個比較器上的磁滯會鎖定工作谷底。因此，就給定輸出功率而言，有兩種可能的工作點：確保穩定工作而沒有谷底跳頻。為了進一步提升輕載能效，基于壓控振蕩器的頻率反走電路在輸出功率減小時降低開關頻率。下圖顯示的是NCP1380控制的19 V、60 W準諧振適配器的電路圖。

圖8：應用NCP1380的60 W適配器電路圖

　　由于使用了谷底鎖定技術，這控制器在負載下降時改變谷底（從第一個谷底到第四個谷底），而不會有任何不穩定問題。這幫助擴展準諧振工作范圍，在230 Vrms時功率低至20 W。下面的過濾器截圖顯示了230 Vrms輸入電壓下負載降低時的工作谷底。沒有觀測到谷底跳頻。

圖9：60 W、230 V rms時的第一個谷底 圖10： 45 W、230 V rms時的第二個谷底

圖12： 24 W、230 V rms時的第四個谷底 圖11： 30 W、230 V rms時的第三個谷底

　　鎖定技術優化了完整線路電壓/負載范圍下的能效，并提升了總體能效：

　　Vin = 115 V rms時，測得的平均能效為87.9%

　　Vin = 230 V rms時，平均能效為87.7%，高于“能源之星”EPA 2.0標準中規定的87%限制值

　　輸出輕載時，通過頻率反走電路進一步提升了能效。在0.7 W輸出功率情況下，適配器從交流主電源消耗的功率低于1 W。下表總結了輕載時的能效：

表I：輕載能效

　　頻率反走技術通過降低開關頻率，也降低了適配器在待機模式（表示沒有輸出負載連接至適配器）下消耗的功率。230 Vrms時，適配器在待機模式下從交流主電源（含X2電容的放電電阻）消耗的功率為85 mW，這對未配備高壓啟動電路的控制器而言是相當優秀的結果。

表II：空載能耗

　　結論

　　傳統準諧振控制器容易受到所謂的谷底跳頻問題的影響，因為谷底跳頻會產生大小不同的開關周期，并在變壓器中產生可聽噪聲。在某些線路電壓/負載條件下，當逐周期能量平衡所需的關閉時間降到兩個鄰近谷底之間時，會出現谷底跳頻。為了解決這個問題，本文介紹了谷底鎖定技術。這種技術使電源能夠在給定輸出負載條件下選擇兩個可能的穩定工作點，不僅不穩定問題隨之消失，而且在結合使用壓控振蕩器的情況下，這種應用中的能效數值明顯升高。基于NCP1380控制器的實際測試結果證實了這種方法的有效性。