高效電源管理方案

　　數(shù)字降頻技術(shù)

　　在能源問(wèn)題受到越來(lái)越多廣泛關(guān)注的今天，大部分電源標(biāo)準(zhǔn)不僅規(guī)定了滿載時(shí)的效率，而且還規(guī)定了整個(gè)負(fù)載范圍的平均效率，例如Energy Star 2.0規(guī)定的平均效率為87%。數(shù)字降頻方法可以更方便地提高平均效率。

　　準(zhǔn)諧振反激式變換器的開(kāi)關(guān)損耗比固定頻率的反激式變換器低，而且EM1性能更好，所以這種變換器得到廣泛的應(yīng)用。準(zhǔn)諧振反激式變換器面臨的挑戰(zhàn)之一是其開(kāi)關(guān)頻率隨輸出功率的下降而上升。這低消了通過(guò)準(zhǔn)諧振方式工作而帶來(lái)的效率提升，特別是在中等負(fù)載或低負(fù)載條件下。為了解決這一問(wèn)題，英飛凌的準(zhǔn)諧振PWM控制器ICE 2QS02G采用了數(shù)字降頻方法。此器件同時(shí)采用數(shù)字信號(hào)處理電路和模擬信號(hào)處理電路。數(shù)字信號(hào)處理電路包括一個(gè)加/減計(jì)數(shù)器、一個(gè)過(guò)零信號(hào)計(jì)數(shù)器和一個(gè)數(shù)字平均器;模擬電路包括一個(gè)電流測(cè)量單元和一個(gè)平均器。導(dǎo)通和關(guān)斷的時(shí)間點(diǎn)分別由數(shù)字電路和模擬電路決定。在滿載和輕載條件下，數(shù)字降頻使MOSFET分別在不同的過(guò)零信號(hào)點(diǎn)導(dǎo)通。在輕載工作條件下，開(kāi)關(guān)頻率被有效地降低到一個(gè)相當(dāng)?shù)偷乃?，同時(shí)開(kāi)關(guān)動(dòng)作仍有效進(jìn)行，從而確保了輕載時(shí)的高效率。為了驗(yàn)證數(shù)字降頻方法對(duì)提升效率所具有的效果，英飛凌設(shè)計(jì)了兩種采用ICE2QS02G且不帶同步整流的準(zhǔn)諧振反激式變換器原型，其效率測(cè)試結(jié)果示于圖4。從圖4所示效率測(cè)試結(jié)果可以看出，采用數(shù)字降頻方法可以顯著地提高系統(tǒng)的綜合效率，從圖4(b)還可看出采用CoolMOS 800V的方案甚至在低電壓和高電壓兩種條件下都達(dá)到90%的超高效率。

　　多相變換器

　　預(yù)測(cè)到2010年處理器將工作在1V和100A，到2020年希望處理器的電源電壓將是0.7V和更高電流。處理器工作在1V，100A(或更高)和GHz頻率時(shí)的高效電源管理(采用當(dāng)今的元件和技術(shù)可達(dá)到的效率為70%~80%)成為設(shè)計(jì)人員面對(duì)的困難任務(wù)。

　　可以滿足當(dāng)今處理器電源要求的唯一拓?fù)涫嵌嘞嚅_(kāi)關(guān)模式變換器。這種拓?fù)洳捎脙蓚€(gè)或更多相同組合單元，把這些單元的輸出連接起來(lái)，其輸出是所有單元輸出的總和。隨著工作電流要求的增高，需要有更多的單元(相)。一個(gè)最佳的設(shè)計(jì)需要折衷考慮相數(shù)、每個(gè)相的電流、開(kāi)關(guān)頻率、成本、尺寸和效率。更高的輸出電流和更低的電壓，需要更嚴(yán)格的輸出電流調(diào)整。多相設(shè)計(jì)可采用幾種實(shí)用的方法。