數(shù)字電源技術(shù)助力實現(xiàn)高效率電源

引言

為推廣高效率節(jié)能產(chǎn)品，越來越多的國家和地區(qū)紛紛發(fā)布了各種節(jié)能規(guī)范和標準。例如，國際能源署(IEA)所倡導“1W計劃”，美國環(huán)保署(EPA)的“能源之星”計劃，以及中國節(jié)能產(chǎn)品認證中心(CECP)所制定的規(guī)章等都把節(jié)能環(huán)保放在重要位置。如何提高電源的效率，是目前電源設計中面臨的重要課題。數(shù)字電源技術(shù)的出現(xiàn)為提高電源的效率提供了新的方法。 ADP1043是ADI公司推出的一款針對高端服務器、存儲器以及通信設備等電源所設計的數(shù)字電源控制器，可支持多種拓撲結(jié)構(gòu)，并利用直觀的圖形用戶界面(GUI)無需用語言進行編程，便可在幾分鐘之內(nèi)配置包括頻率、時序、電壓設置與保護限制等系統(tǒng)電源參數(shù)。圖1所示為ADP1043的典型應用電路。其所采用的數(shù)字電源技術(shù)可幫助實現(xiàn)高效率電源。

圖1 ADP1043典型應用電路

同步整流技術(shù)

同步整流技術(shù)是指用導通電阻較低的MOSFET來替代整流二極管，從而達到降低整流損耗、提高效率的目的。在同步整流技術(shù)中，為避免交叉導通的危險，在主開關(guān)與同步整流開關(guān)的驅(qū)動信號之間必須設定一定的死區(qū)時間。在死區(qū)時間內(nèi)，電感電流流過同步整流MOSFET的體二極管。而這個體二極管一般會具有較高的前向?qū)妷篤F，在死區(qū)時間較大時，會造成較大的損耗。因此，為最大限度地提高效率，要求死區(qū)時間盡可能小。但是在傳統(tǒng)的模擬方案中，自驅(qū)動型除了應用的限制外，還很難提供精確的控制時序;對于外驅(qū)動型，由于其參數(shù)是由電阻、電容等無源器件進行設定，存在誤差、老化、溫漂等問題，為保證有足夠的余量，死區(qū)時間也不可能設置得很小。因此，ADP1043的數(shù)字方案是很好的選擇。

圖2所示為ADP1043在全橋拓撲電路下的PWM和SR的GUI設置界面。通過設置T9、T10、T11和T125便可精確獲得同步整流MOSFET所需的死區(qū)時間，其中每次調(diào)整的最小時間為5ns。

圖2 PWM和SR的GUI設置界面

伏秒平衡控制技術(shù)

在傳統(tǒng)的橋式拓撲電路中，一般為防止變壓器的偏磁，會在變壓器的原邊回路中串入一個隔直電容器。這樣做存在缺點，一方面是增加了電源的成本和體積，另一方面又增加了損耗，降低了效率。ADP1043采用伏秒平衡控制的數(shù)字技術(shù)解決了該問題。

如圖3所示，在每個開關(guān)周期中，ADP1043通過CS1分別測量流過開關(guān)管A、D和開關(guān)管B、C的電流并計算其差值，通過差值信號調(diào)節(jié)驅(qū)動信號OUTB和OUTD的脈寬，對失衡進行補償。例如，如圖4所示，當CS1測量到流過開關(guān)管B、 C的電流大于開關(guān)管A、D時，便會減小OUTB的脈寬，增大OUTD的脈寬，這樣流過開關(guān)管B、C的電流會減小，而流過開關(guān)管A、D的電流會增大，經(jīng)過若干周期后，電流自動實現(xiàn)了平衡。采用該技術(shù)后，可有效防止偏磁，并且省去隔直電容器，提高效率和可靠性。

圖3 伏秒平衡控制技術(shù)

圖4 伏秒平衡控制波形

動態(tài)死區(qū)控制技術(shù)

在傳統(tǒng)模擬方案中，一般設定一個足夠長的固定的死區(qū)時間可確保電源工作在所有條件下。但是對于一個典型的應用環(huán)境，這個死區(qū)時間往往比所需的時間長，由于在死區(qū)時間，是MOSFET的體二極管在導通電流，所以較長的死區(qū)時間會增加損耗，降低電源的效率。ADP1043可根據(jù)負載的情況，動態(tài)調(diào)節(jié)死區(qū)的大小，從而使電源在輕載和滿載時的效率得以優(yōu)化。

改善輕載效率

除了提高電源在重載下的效率，改善電源輕載時的效率也同樣至關(guān)重要。這是因為在電源壽命的絕大部分時間內(nèi)，工作負荷一般低于60%，電源很少在滿負荷下(100%)長時間工作，在滿載時能高效工作的系統(tǒng)并不能保證在輕載時也同樣保持最佳狀態(tài)。傳統(tǒng)的模擬方案為改善輕載效率，往往需要大規(guī)模改變或增加控制電路，增加了控制的復雜性，降低了電源的可靠性。而ADP1043所提供的數(shù)字控制技術(shù)，無需增加新的控制電路就能輕易的切換控制策略，這對于模擬電路來說幾乎是不可能的。