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電源能效對環(huán)境的影響問題越來越受到世界范圍的關注，致力于自然資源保護的全球各國政府和標準化制定機構(gòu)已相繼推出各項措施，積極推廣高能效電源。美國加州能源委員會(CEC)已針對外置電源制定了強制性能效標準，全球其他實施自愿性規(guī)范計劃的地區(qū)也考慮推出強制性標準，以推動電源效率的提高。這些規(guī)范都驅(qū)使電源設計人員采用新的拓撲，比如諧振轉(zhuǎn)換器和軟開關轉(zhuǎn)換器。 諧振開關技術(shù)在整個開關周期內(nèi)都采用諧振工作模式，而軟開關技術(shù)只在開關轉(zhuǎn)換期間才采用諧振工作模式，以軟化開關器件的開關特性。一旦開關轉(zhuǎn)換結(jié)束，轉(zhuǎn)換器又恢復到常見的脈寬調(diào)制(PWM)模式。由于只在開關轉(zhuǎn)換期間才涉及到諧振工作模式，因此其諧振元件的參數(shù)不像諧振轉(zhuǎn)換器中的那么重要。此外，開關頻率是固定的，這使得EMI濾波器的優(yōu)化更為容易。 在各種類型的軟開關轉(zhuǎn)換器中，不對稱PWM半橋轉(zhuǎn)換器因其結(jié)構(gòu)簡單且固有零電壓開關 (ZVS) 能力而獲得設計人員的青睞。 不對稱半橋轉(zhuǎn)換器的基本工作原理 圖1所示為不對稱PWM半橋轉(zhuǎn)換器的電路簡圖及其波形。圖2給出了詳細的開關波形。當上面的開關(Q2)導通時，DC隔直電容(CB)不僅是負載的供電電源，還作為隔直電容防止變壓器飽和。一般而言，不對稱PWM半橋轉(zhuǎn)換器包含三級，如圖1所示，即方波發(fā)生器、能量傳送網(wǎng)絡和整流器網(wǎng)絡。 * 方波發(fā)生器通過驅(qū)動開關Q1和Q2產(chǎn)生一個方波電壓(Vd)。換言之，下面和上面的MOSFET的占空比應該分別為D和1-D。這時，兩次轉(zhuǎn)換之間一般有一個很小的死區(qū)時間。 * 整流器網(wǎng)絡利用整流二極管和低通LC濾波器對AC電壓進行整流，最后產(chǎn)生DC電壓。這個整流器網(wǎng)絡可采用全波的橋式結(jié)構(gòu)或中心抽頭式結(jié)構(gòu)。 針對不對稱半橋轉(zhuǎn)換器設計的集成式功率開關 飛兆半導體的集成式“Green FPS”功率開關FSFA2100系列是專門針對不對稱半橋轉(zhuǎn)換器設計而開發(fā)的一種技術(shù)。這種技術(shù)在單個器件中整合了PWM控制器、高端驅(qū)動和SuperFET，只需要極少數(shù)量的外部元件。圖3所示為其內(nèi)部模塊示意圖。在大功率轉(zhuǎn)換器應用中，PCB版圖設計一向是棘手部分，因為在布局時，為了把噪聲干擾降至最低，必需讓柵極驅(qū)動器和控制電路盡可能地靠近MOSFET。FSFA2100把柵極驅(qū)動器及控制電路與MOSFET集成在一起，使這些器件之間的距離最小化，從而大幅減小了終端應用的噪聲干擾。此外，這樣做也減少了寶貴的設計時間，使生產(chǎn)力得以提高。 今天，大多數(shù)電子廠商都要求SMPS設計具有高度可靠性，這促使電源設計人員在設計中采用保護方案來防范各種故障的發(fā)生，比如過載、過壓、輸出短路、輸出二極管短路和過熱。不過，這種保護可能需要大量額外的電路，從而增加成本。而FSFA2100在設計中整合了多項自我保護功能，無需額外的元件，故不僅可增強可靠性還能降低成本。 軟開關轉(zhuǎn)換器的另一個問題是，輕載時，由于初級端電流不足以完成MOSFET輸出電容的充電/放電，可能無法實現(xiàn)軟開關。這樣一來，在SMPS必須滿足要求低待機功耗的功效或“綠色”標準時，問題就出現(xiàn)了。 FSFA2100在待機模式下采用間歇模式工作，很容易滿足國際能源署 (IEA) 的1瓦倡議。該規(guī)范要求把待機功耗降至1瓦以下。在間歇模式中，功率開關能夠交替啟動和禁止開關工作，以降低有效開關頻率，這種方法可減小MOSFET中的開關損耗和變壓器中的滯徊損耗。 結(jié)語 由于在SMPS中采用軟開關拓撲能夠提高效率及降低EMI，設計人員在自己的電源設計中開始不斷采用這種新興方案。傳統(tǒng)上，設計人員使用分立元件加控制器的解決方案來實現(xiàn)軟開關。但現(xiàn)在，集成了SuperFET和PWM IC的功率開關可以提供一個非常適合于具成本效益軟開關轉(zhuǎn)換器設計的基本平臺。通過集成保護功能并采用間歇工作模式，功率開關技術(shù)可大大提高可靠性，同時又降低功耗，滿足“綠色”標準的嚴格要求。 |
