淺談如何實現開關頻率控制、負載和線路電壓優化

　　簡介

　　環保因素已經為當代電源設計催生新的能效要求。例如，80 PLUS倡議及其銅級、銀級和金級衍生標準（見參考資料［1］）迫使臺式機及服務器制造商尋求創新的方案。一項重點就在于功率因數校正（PFC）段，此段跟EMI濾波器一起在低線路電壓、滿載條件下可能消耗輸出功率的5%至8%.

　　然而，在一般情況下，相關器件并不是總是以它們設計的最大功率工作，而只有短時間以最大功率工作。因此，要有效地節能，“綠色要求”不僅針對滿載能效。相反，這些要求傾向于因應實際工作條件，規定在滿額功率20%、50%及100%等不同負載狀況下的最低平均能效等級，或是能效比。

　　因此，中低負載條件下的能效比已成為要應對的要點。降低開關頻率是減小這些條件下功率損耗的常見選擇。要在極低功率條件下提供極高能效，這方案在中等功率等級的應用就必須非常審慎。本文將闡釋如何管理開關頻率以提供最優能效性能。文中將簡述電流控制頻率反走（CCFF）技術的原理。這種新方案在控制開關頻率方面極為有用，提供最優的平均能效及輕載能效等級。

　　臨界導電模式或不連續導電模式

　　開關損耗難于精確預測。當PFC升壓轉換器從臨界導電模式（CrM）跳轉到不連續導電模式（DCM）時，我們還是可以根據工作模式來判定損耗趨勢。圖1顯示了這兩種模式在相同功率及線路條件下（如相同線路電流）的MOSFET電流波形。

　　無論在什么工作模式，線路電流是開關周期內的電感電流的平均值，而開關周期就是PFC升壓轉換器之電磁干擾（EMI）濾波器工作的平均過程時間。

　　在CrM下，線路電流的計算非常簡單（1）：

　　如上所述，DCM下的導通時間就是將CrM下的導通時間乘以一個因數m（m》1），以維持提供恰當的功率。因此，電感峰值電流與電流周期時長均乘以導通時間與退磁時間之和：

　　圖2顯示了沒有頻率反走條件下獲得的DCM損耗相對于CrM損耗的百分比。DCM損耗與CrM損耗之比根據等式（2）來計算，α比的值在1至10之間變化。當α為1時，頻率并未降低，因此DCM損耗及CrM損耗相等，使二者之比為100%.α值越高，當 DCM能效降低時，DCM損耗與CrMR損耗之百分比就越高；相反，當采用頻率反走