符合新興高效能電源要求的設計

符合新興高效能電源要求的設計

美國環保署(EPA)的能源之星(Energy Star)計劃在2007年7月20日正式開始實施，這是針對個人電腦在不同負載下最低效能要求的規范。同時，它也為其他設備，包括企業服務器、外部電源(使用在如游戲機或筆記本電腦等)以及一系列家用設備規劃或制定了類似的要求。由于能源之星在制定時都會和其他國家和地區的同類機構合作，因此它已在這些國家得到了采用。

　　電源在降低功耗上舉足輕重，因此面對法規標準和消費者的更高要求時，重新檢討其設計方式就顯得非常急迫。雖然可以改進傳統的拓撲結構來達到更高效能要求，但可以明顯地看出，沿用舊式設計方式的產品，其性價比將會低。在本文中，我們將提出兩個能符合更高效能要求，并可控制目標成本的設計方式，并將之和傳統的拓撲結構進行比較。

　　傳統的拓撲結構

　　為特定應用選擇拓撲結構時有幾個考慮因素，包括輸入電壓范圍是全球通用還是只針對特定地區，輸出電壓是單一還是多重(電流大小也是重要的條件)，效能目標，特別是在不同負載下的效能表現。傳統上，在大批量生產電源時多以成本，設計工程師對拓撲結構的熟悉度以及元件是否容易采購為考慮因素，其他因素還包括設計是否容易實
現和設計方式是否在電源產業鏈中為大家所熟知等。

　　較受歡迎的傳統設計方式主要為單開關正向、雙開關正向和半橋結構，這些結構提供了滿足目前需求的穩固解決方案。不過如上所述，新興的標準需要電源能夠達成比先前更高的效能。過去，典型的臺式電腦電源可以達到60%～70%的最高效能，但現在則要求電源在額定負載的20%、50%和100%時都能達到最低80%的效能。同時，最近更出現了希望能夠在低于20%負載時達到70%或以上效能的趨勢，且待機功耗能夠持續下降。我們將探討三種傳統拓撲的優缺點，并介紹兩種新型的拓撲。

　　1 單開關正向

　　圖1中的這個拓撲相當受到歡迎，主要原因是元件數少且設計要求簡單，但對于不同負載情況的高效能要求卻為這個拓撲帶來新挑戰。在接近滿載或滿載時，這個拓撲的效能受到50%占空比的限制。而在較輕負載時，開關耗損是造成效能不佳的主要原因。許多較新的設計采用功率因數校正(PFC)前端來降低諧波電流，在400 V的PFC輸出電壓下，單開關正向方式被迫使用大于900 V的開關，提高了FET的成本。

　　
圖1 單開關正向拓補

　　2 雙開關正向

　　圖2是另一個使用相當普遍的拓撲，它是解決開關電壓限制問題的升級版本。這依舊是一個會有高開關耗損的硬開關電路。其所帶來的問題是需要使用門極驅動變壓器或芯片驅動電路來推動高電壓端MOSFET。

　　
圖2 雙開關正向拓補