数字电源技术助力实现高效率电源

跳周期控制技术

一般来说，开关电源在重载时，其损耗主要是功率开关管的导通损耗。而在轻载时，开关管的开关损耗和磁损占主导地位。因此，降低开关管在轻载时的开关频率就能明显降低损耗，提高电源轻载时的效率。跳周期控制技术就是一种有效的方法。

通常当电源从满载一直减小时，其工作模式会从连续电流模式(CCM)进入到非连续电流模式(DCM)，这时为了维持输出电压的调节，开关管的导通时间将会减小。如果一直继续减小负载，开关管的导通时间就会到达最小导通时间。在达到最小导通时间后，如果仍继续减小负载，调节器必须屏蔽掉一些开关脉冲，以维持输出电压的调节。这时一个脉冲将对输出电容充电维持足够的输出能量，而在接下来的几个脉冲被调节器屏蔽，不驱动开关管，当输出电压降到调节器的阈值电压以下时，一个新的脉冲开始。这样，在维持输出稳定的前提下减少了开关次数，降低了开关损耗，从而极大的提高轻载的效率。

通过ADP1043的GUI可以设置开关管的最大和最小的导通时间和是否启用跳周期控制技术，如图5所示。当所需的导通时间小于设置的最小导通时间，并且启用了跳周期控制技术时，电源进入跳周期的工作模式。

图5 跳周期控制GUI设置界面

关闭同步整流

当电源采用同步整流时，由于MOSFET的双向导通的特性，使得此时的电感电流能够反向，产生环流。环流的大小和输出滤波电感有关，输出滤波电感越小，环流就会越大，相应的损耗也会越大。由于同步整流管不能从连续电流模式(CCM)自动切换到非连续电流模式(DCM)，因此要在电感电流反向前关闭同步整流，使电源进入非连续电流模式(DCM)，避免环流的产生，大大提高电源轻载时的效率。

通过ADP1043的GUI可以设置关闭同步整流时的电流阈值。当输出电流值低于该阈值时，关闭同步整流。如图6所示为采用ADP1043设计的全桥拓扑的模块电源在不关闭和关闭同步整流在轻载条件下的损耗的情况。可以看到，当关闭同步整流后，大大减少了电源的轻载损耗。

图6 两种模式下的轻载损耗比较

切相技术

随着对功率要求越来越大，以及对负载瞬态响应的要求越来越严格，用两个或更多个功率单元进行交错处理的多相技术越来越普遍。多相电路相对于单相电路具备明显的优势。这些优势包括输入纹波电流很低，输入电容数量较少;由于输出纹波频率的等效倍增，使输出纹波电压也降低了;而且由于损耗分布在更多元件中，消除了热点，降低了元件的温度;在重载时，开关管的导通损耗占主导，通过多相并联可以很好的降低导通损耗，提高电源在重载时的效率。但是，随着负载的减少，电路进入轻载状态，开关管的开关损耗逐渐占主导，此时，输出由一相供电就已经足够，多相的并联反而使开关损耗成倍增加。因而，在轻载时，仅留一相工作，关闭多相模式，可以明显改善电路在轻载时的效率。

如图7所示，为采用ADP1043所设计的交错式双管正激电路。当输出电流值低于通过GUI所设置的阈值时，ADP1043便会关闭QA2、QB2的驱动信号，以减少损耗。图8所示为采用切相技术的电源的效率曲线，可以发现当输出电流低于10A时，电源工作在单相模式下，效率有了明显的提高。

图7 交错式双管正激电路

图8 采用切相技术的效率曲线

结语

ADP1043所提供的数字电源技术可以有效提高电源无论是在重载还是在轻载时的效率，实现了高效率电源。