如何開發和生產高效率的電源

一、非隔離DC/DC技術迅速發展

近年來，非隔離DC/DC技術發展迅速。目前一套電子設備或電子系統由于負載不同，會要求電源系統提供多個電壓擋級。如臺式PC機就要求有+12V、+5V、+3.3V、-12V四種電壓以及待機的+5V電壓，主機板上則需要2.5V、1.8V、1.5V甚至1V等。一套AC/DC中不可能給出這樣多的電壓輸出，而大多數低壓供電電流都很大，因此開發了很多非隔離的DC/DC，它們基本上可以分成兩大類。一類在內部含有功率開關元件，稱DC/DC轉換器。另一類不含功率開關，需要外接功率MOSFET，稱DC/DC控制器。按照電路功能劃分，有降壓的STEP-DOWN、升壓的BOOST，還有能升降壓的BUCK-BOOST或SEPIC等，以及正壓轉成負壓的INVERTOR等。其中品種最多，發展最快的還是降壓的STEP-DOWN。根據輸出電流的大小，分為單相、兩相及多相。控制方式上以PWM為主，少部分為PFM。

在非隔離的DC/DC轉換技術中，TI公司的預檢測柵驅動技術采用數字技術控制同步BUCK，采用這種技術的DC/DC轉換效率最高可以達到97%，其中TPS40071等是其代表產品。BOOST升壓方式也出現了采用MOSFET代替二極管的同步BOOST的產品。在低壓領域，增加效率的幅度很大，而且正在設法進一步消除MOSFET的體二極管的導通及反向恢復問題。

二、開關電源吹響數字化號角

目前在整個的電子模擬電路系統中，電視、音響設備、照片處理、通訊、網絡等都逐步實現了數字化，而最后一個沒有數字化的堡壘就是電源領域了。近年來，數字電源的研究勢頭不減，成果也越來越多。在電源數字化方面走在前面的公司有TI和Microchip。TI公司既有DSP方面的優勢，又兼并了PWMIC專業制造商UNITRODE公司，該公司已經用TMS320C28F10制成了通訊用的48V輸出大功率電源模塊，其中PFC和PWM部分完全為數字式控制。現在，TI公司已經研發出了多款數字式PWM控制芯片。目前主要是UCD7000系列、UCD8000系列和UCD9000系列，它們將成為下一代數字電源的探路者。它們總體上既包括硬件部分，還要做軟件編程。硬件部分包括PWM的邏輯部分、時鐘、放大器環路的模數轉換、數模轉換以及數字處理、驅動，同步整流的檢測和處理等。

目前在電源領域里的競爭主要還是性能價格的競爭，所以數字電源還有很長的路要走，然而電源領域的數字化的號角已經吹響了。

三、初級PWM控制IC不斷優化

有源箝位技術歷經十余年經久不衰，自從2002年VICOR公司此項專利技術到期解禁之后，各家公司開發的新型有源箝位控制IC如雨后春筍般涌現，給用戶提供了充分的選擇。

控制早期有源箝位控制技術的TI，不僅保持了原有的UCC3580系列，又新開發了性能更優越的UCC2891-94，它采用電流型控制方式，綜合了高邊箝位、低邊箝位兩種控制方案，給出了全新的控制技巧。OnSemi先推出了低壓(100V)有源箝位的NCP1560控制芯片，隨后又推出了高壓應用的控制芯片NCP1280，它既解決了LCDTV等離子TV電源的要求，現在又直指下一代無風扇的PC機電源。美國NS公司的5000系列中專門有一款LM5025的有源箝位控制IC，連名不見經傳的Semtech公司也給出了有源箝位的控制芯片，型號是SC4910，可見其背后蘊藏著巨大的市場商機。直到最近TI公司又推出的有源箝位控制ICUCC2897，已經將有源箝位的PWM控制做到了完美無缺。而臺商飛兆公司則給出了最廉價的有源箝位控制IC，即SD7558和SD7559。

在大功率領域，全橋移相ZVS軟開關技術在解決開關電源的效率上功不可沒。從TI公司的UC3875到UCC3895，再從Linear公司的LTC1922到LTC3722增加了自適應檢測技術，使全橋移相技術達到了頂峰。然而，在同步整流技術普遍應用的今天，它卻無法實現最佳的ZVS同步整流。因為全橋移相電路在本質上是屬于非對稱的，它無法實現完全的ZVS同步整流，由于其開啟和關斷過程總有一半是硬開關，因而效率比不上對稱電路拓撲的ZVS方式的同步整流。最新的科技成果應該是INTERSIL公司推出的PWM對稱全橋的ZVS控制IC-ISL6752。它既能控制初級側的四個MOS開關為ZVS工作狀態，又能準確地給出控制二次側的同步整流為ZVS工作狀態的驅動信號。采用這顆IC制作的400W的DC/DC再加上先進的功率MOSFET，轉換效率可達到95%。

對于小功率的開關電源，則仍舊是反激變換器的PWM控制IC，但是它必須要能很好地解決二次側的同步整流的控制方式。OnSemi公司的NCP1207和NCP1377是高壓AC/DC領域的佼佼者。若能再配上TI公司的反激變換器的同步整流控制IC-UCC27226，則能使它們成為幾乎完美無瑕的高效率電源。低壓DC/DC領域中的反激變換器控制IC中，Linear公司的LTC3806則是上乘之作。LTC3806不僅能控制好PWM，還給出準確的二次側同步整流驅動信號，是低壓小功率電源控制IC的杰作。

綜上所述，開關電源設計時可以選擇最佳控制方式和最佳電路拓撲。大功率應該是全橋ZVS加上二次側ZVS同步整流，典型控制IC是ISL6752；中等功率到小功率應該是有源箝位正激變換ZVS軟開關配上二次側的預檢測柵驅動技術的同步整流；而小功率應該是配好同步整流的反激變換。當然，這里沒有絕對的界限，只是不同的條件下應該有相應的最佳選擇。