符合新興高效能電源要求的設(shè)計(jì)

符合新興高效能電源要求的設(shè)計(jì)

美國(guó)環(huán)保署(EPA)的能源之星(Energy Star)計(jì)劃在2007年7月20日正式開(kāi)始實(shí)施，這是針對(duì)個(gè)人電腦在不同負(fù)載下最低效能要求的規(guī)范。同時(shí)，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(jī)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(lèi)似的要求。由于能源之星在制定時(shí)都會(huì)和其他國(guó)家和地區(qū)的同類(lèi)機(jī)構(gòu)合作，因此它已在這些國(guó)家得到了采用。

　　電源在降低功耗上舉足輕重，因此面對(duì)法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)和消費(fèi)者的更高要求時(shí)，重新檢討其設(shè)計(jì)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(lái)達(dá)到更高效能要求，但可以明顯地看出，沿用舊式設(shè)計(jì)方式的產(chǎn)品，其性?xún)r(jià)比將會(huì)低。在本文中，我們將提出兩個(gè)能符合更高效能要求，并可控制目標(biāo)成本的設(shè)計(jì)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(shí)有幾個(gè)考慮因素，包括輸入電壓范圍是全球通用還是只針對(duì)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(shí)多以成本，設(shè)計(jì)工程師對(duì)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的熟悉度以及元件是否容易采購(gòu)為考慮因素，其他因素還包括設(shè)計(jì)是否容易實(shí)
現(xiàn)和設(shè)計(jì)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(jì)方式主要為單開(kāi)關(guān)正向、雙開(kāi)關(guān)正向和半橋結(jié)構(gòu)，這些結(jié)構(gòu)提供了滿(mǎn)足目前需求的穩(wěn)固解決方案。不過(guò)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(guò)去，典型的臺(tái)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(shí)都能達(dá)到最低80%的效能。同時(shí)，最近更出現(xiàn)了希望能夠在低于20%負(fù)載時(shí)達(dá)到70%或以上效能的趨勢(shì)，且待機(jī)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(diǎn)，并介紹兩種新型的拓?fù)洹?/p>

　　1 單開(kāi)關(guān)正向

　　圖1中的這個(gè)拓?fù)湎喈?dāng)受到歡迎，主要原因是元件數(shù)少且設(shè)計(jì)要求簡(jiǎn)單，但對(duì)于不同負(fù)載情況的高效能要求卻為這個(gè)拓?fù)鋷?lái)新挑戰(zhàn)。在接近滿(mǎn)載或滿(mǎn)載時(shí)，這個(gè)拓?fù)涞男苁艿?0%占空比的限制。而在較輕負(fù)載時(shí)，開(kāi)關(guān)耗損是造成效能不佳的主要原因。許多較新的設(shè)計(jì)采用功率因數(shù)校正(PFC)前端來(lái)降低諧波電流，在400 V的PFC輸出電壓下，單開(kāi)關(guān)正向方式被迫使用大于900 V的開(kāi)關(guān)，提高了FET的成本。

　　
圖1 單開(kāi)關(guān)正向拓補(bǔ)

　　2 雙開(kāi)關(guān)正向

　　圖2是另一個(gè)使用相當(dāng)普遍的拓?fù)?，它是解決開(kāi)關(guān)電壓限制問(wèn)題的升級(jí)版本。這依舊是一個(gè)會(huì)有高開(kāi)關(guān)耗損的硬開(kāi)關(guān)電路。其所帶來(lái)的問(wèn)題是需要使用門(mén)極驅(qū)動(dòng)變壓器或芯片驅(qū)動(dòng)電路來(lái)推動(dòng)高電壓端MOSFET。

　　
圖2 雙開(kāi)關(guān)正向拓補(bǔ)