符合新興高效能電源要求的設(shè)計

符合新興高效能電源要求的設(shè)計

美國環(huán)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(fù)載下最低效能要求的規(guī)范。同時，它也為其他設(shè)備，包括企業(yè)服務(wù)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(shè)備規(guī)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(qū)的同類機構(gòu)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(guī)標(biāo)準(zhǔn)和消費者的更高要求時，重新檢討其設(shè)計方式就顯得非常急迫。雖然可以改進(jìn)傳統(tǒng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)來達(dá)到更高效能要求，但可以明顯地看出，沿用舊式設(shè)計方式的產(chǎn)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(biāo)成本的設(shè)計方式，并將之和傳統(tǒng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)進(jìn)行比較。

　　傳統(tǒng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

　　為特定應(yīng)用選擇拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)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(qū)，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(biāo)，特別是在不同負(fù)載下的效能表現(xiàn)。傳統(tǒng)上，在大批量生產(chǎn)電源時多以成本，設(shè)計工程師對拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)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(shè)計是否容易實
現(xiàn)和設(shè)計方式是否在電源產(chǎn)業(yè)鏈中為大家所熟知等。

　　較受歡迎的傳統(tǒng)設(shè)計方式主要為單開關(guān)正向、雙開關(guān)正向和半橋結(jié)構(gòu)，這些結(jié)構(gòu)提供了滿足目前需求的穩(wěn)固解決方案。不過如上所述，新興的標(biāo)準(zhǔn)需要電源能夠達(dá)成比先前更高的效能。過去，典型的臺式電腦電源可以達(dá)到60%～70%的最高效能，但現(xiàn)在則要求電源在額定負(fù)載的20%、50%和100%時都能達(dá)到最低80%的效能。同時，最近更出現(xiàn)了希望能夠在低于20%負(fù)載時達(dá)到70%或以上效能的趨勢，且待機功耗能夠持續(xù)下降。我們將探討三種傳統(tǒng)拓?fù)涞膬?yōu)缺點，并介紹兩種新型的拓?fù)洹?/p>

　　1 單開關(guān)正向

　　圖1中的這個拓?fù)湎喈?dāng)受到歡迎，主要原因是元件數(shù)少且設(shè)計要求簡單，但對于不同負(fù)載情況的高效能要求卻為這個拓?fù)鋷硇绿魬?zhàn)。在接近滿載或滿載時，這個拓?fù)涞男苁艿?0%占空比的限制。而在較輕負(fù)載時，開關(guān)耗損是造成效能不佳的主要原因。許多較新的設(shè)計采用功率因數(shù)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(guān)正向方式被迫使用大于900 V的開關(guān)，提高了FET的成本。

　　
圖1 單開關(guān)正向拓補

　　2 雙開關(guān)正向

　　圖2是另一個使用相當(dāng)普遍的拓?fù)洌墙鉀Q開關(guān)電壓限制問題的升級版本。這依舊是一個會有高開關(guān)耗損的硬開關(guān)電路。其所帶來的問題是需要使用門極驅(qū)動變壓器或芯片驅(qū)動電路來推動高電壓端MOSFET。

　　
圖2 雙開關(guān)正向拓補