优化开关电源轻载能效的设计方案|乐博体育

本文摘要：由于享有较高的效率和较高的功率密度，开关电源在现代电子系统中的用于更加普及。尤其是随着掌控芯片的应用于，开关电源的电路设计获得了很大的修改，往往只必须在脉宽调制（PWM）掌控芯片的基础上再行特一些外围器件才可构成开关电源，这更为增进了开关电源的设计和发展。 从种类来看，开关电源主要还包括交流-直流（AC-DC）转换器和直流-直流（DC-DC）转换器两大类型。

由于享有较高的效率和较高的功率密度，开关电源在现代电子系统中的用于更加普及。尤其是随着掌控芯片的应用于，开关电源的电路设计获得了很大的修改，往往只必须在脉宽调制（PWM）掌控芯片的基础上再行特一些外围器件才可构成开关电源，这更为增进了开关电源的设计和发展。

从种类来看，开关电源主要还包括交流-直流（AC-DC）转换器和直流-直流（DC-DC）转换器两大类型。前者是将输出为50/60Hz的交流电经过整流、滤波等步骤将其切换为直流电力，后者普遍用作对系统中的直流电源展开切换和分配。　　根据流形结构的有所不同，DC-DC转换器还包括升压（Buck）、降压（Boost）、升压-降压（Buck-Boost）、反激（Flyback）、正激（Forward）、推挽（Push-Pull）、半桥（HB）和全桥（FB）等有所不同类型。

有所不同类型DC-DC转换器的特点各不相同，并且往往具有有所不同的限于领域。例如，升压、降压和升压-降压转换器非常适合于需要电气隔绝的高压掌控应用于，而反激式转换器则非常适合多输入、低电压的电源应用于，这些应用于中用于的离线式开关电源工作在110V/220V主电源，并通过用于变压器来代替滤波电感从而构建电气隔绝。　　对于离线式开关电源而言，低成本是它的一个最重要目标。

对于其中所用的PWM控制器而言，设计人员可以自由选择有所不同的架构，如相同频率（FF）和定谐振（QR）等。对于前者而言，它的电源频率相同，其轻载能效和装载能效都正处于长时间范围，工作模式方面可以是倒数导电模式（CCM）或非倒数导电模式（DCM）。对于后者而言，它的电源频率星型，其装载能效最佳，但在轻载时则由于谷底跳变问题（噪声），它的工作模式是边界导电模式（BCM，亦称临界导电模式，CRM）。

在变压器尺寸方面，相同电源频率架构归属于长时间，而定谐振架构则较小；但定谐振架构的电磁干扰较小，而相同电源频率架构则较小。对于这两种架构而言，都面对着完全相同的问题，就是必需提高在更加长输出阻抗范围下的能效，并提高待机能效。　　除了这两种架构，相同导通时间（FON）架构近年来更加多地受到业界注目。

在这种架构下，峰值电流维持恒定，且可由用户自由选择；而电源频率则不会变化（转变重开时间），以获取所需的输出功率，它在频率最低时获取的输出功率也就仅次于。FON的工作原理如图1右图。

　　　　图1：相同导通时间（FON）架构的工作原理。　　与相同电源频率架构一样，相同导通时间架构也反对CCM和DCM这两种工作模式。

它在这两种模式下的输出功率计算公式如下图右图。如上所述，峰值电流Ipeak通过控制器来维持恒定，电源频率Fsw则由对系统电路展开掌控，而要适应环境有所不同的输出功率市场需求，电源频率不会发生变化来符合图2中的等式。

在缺乏电路掌控（短路，启动）时，电源频率不会被钳位。　　　　图2：FON控制器在有所不同工作模式下的输出功率计算出来。　　在装载条件下，电源频率则不会减少，以后其遇到时序电容Ct钳位。

而在轻载条件下，峰值电流增大，电源频率上升，这就容许了所到噪声的问题。在轻载时，由于电源频率的上升，与电源频率涉及的损耗，如功率MOSFET输入电容Coss和门电荷损耗以及外泄感抗损耗也不会增加。这样一来，开关电源在轻载条件下的能效也不会提升。因此，我们也可以得出结论，相同导通时间（FON）控制器可大幅提高开关电源在轻载条件下的能效。

图3对有所不同PWM控制器架构展开了较为。　　　　图3：反激开关电源中PWM控制器所牵涉到的有所不同控制器架构较为。

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