開關(guān)電源技術(shù)的最新進(jìn)展與方案

　　引 言

　　隨著對節(jié)能技術(shù)的呼聲越來越高，電子設(shè)備小型化、環(huán)境保護(hù)的更高要求，開關(guān)電源技術(shù)也在飛速的發(fā)展。更高效率，更小體積，更少電磁污染，更可靠地工作的開關(guān)電源幾乎每個月都在推陳出新。本文旨在對近兩年來開關(guān)電源突出的技術(shù)進(jìn)步加以介紹，具體有以下幾個方面。

　　1 同步整流技術(shù)

　　自20世紀(jì)90年代末期同步整流技術(shù)誕生以后，它給開關(guān)電源效率的提升做出了重要貢獻(xiàn)。當(dāng)前采用IC控制技術(shù)的同步整流方案已經(jīng)為研發(fā)工程師普遍接受，新上市的高中檔開關(guān)電源幾乎沒有不采用同步整流技術(shù)的作品，現(xiàn)在的同步整流技術(shù)都在努力地實現(xiàn)ZVS 及ZCS 方式的同步整流。2002 年美國銀河公司發(fā)表了ZVS同步整流技術(shù)之后，現(xiàn)在已經(jīng)得到了廣泛應(yīng)用。這種方式的同步整流技術(shù)巧妙地將副邊驅(qū)動同步整流的脈沖信號與原邊PWM脈沖信號聯(lián)動起來，其上升沿超前于原邊PWM脈沖信號的上升沿，而下降沿滯后的方法實現(xiàn)了同步整流MOSFET的ZVS方式工作。最新問世的雙輸出式PWM 控制IC 幾乎都在控制邏輯內(nèi)增加了對副邊實現(xiàn)ZVS 同步整流的控制端子。例如：凌特公司（Linear-Tech）的LTC3722，LTC3723，英特塞爾（INTERSIL）公司的ISL6752 等，這些IC 不僅解決好初級側(cè)功率MOSFET的軟開關(guān)，而且重點解決好副邊的ZVS方式的同步整流，用這幾款I(lǐng)C 制作的DC/DC 變換器，總的轉(zhuǎn)換效率都達(dá)到了94%以上。

　　在非對稱的開關(guān)電源電路拓?fù)渲�，特別是對于性能良好的正激電路或正激有源箝位電路，在副邊的同步整流中，為了實現(xiàn)ZVS 方式的同步整流，消除MOSFET體二極管的導(dǎo)通損耗和反向恢復(fù)時間帶來的損耗，德州儀器公司最新的專*技術(shù)“預(yù)檢測柵驅(qū)動技術(shù)”在控制芯片中增加了大量的數(shù)字控制技術(shù)，正激電路同步整流的控制芯片UCC27228 的誕生使正激電路的效率達(dá)到了前所未有的高效率。再配合好原邊的有源箝位技術(shù)之后，使這種最新的電路模式既做到了初級側(cè)的軟開關(guān)ZVS 方式工作，又解決了磁芯復(fù)位及能量回饋，減輕了功率MOSFET的電壓應(yīng)力，還做到了副邊的ZVS 最佳狀態(tài)的同步整流，綜合使用這兩項技術(shù)的中小功率的DC/DC 變換器，其效率都在94%以上，功率密度也都能達(dá)到每立方英寸200W以上。

　　2 最佳的初級PWM控制IC

　　有源箝位技術(shù)歷經(jīng)十余年經(jīng)久不衰，自從2002年VICOR公司此項專*技術(shù)到期解禁之后，各家公司發(fā)表的新型有源箝位控制IC 如雨后春筍一樣誕生出來，給用戶最充分的選擇。持有早期有源箝位控制技術(shù)的TI公司，不僅保持了原有的UCC3580 系列，又新開發(fā)了性能更優(yōu)越的UCC2891-94，它采用電流型控制方式，綜合了高邊箝位和低邊箝位兩種控制方案，給出了全新的控制技巧。ONSEMI （安森美）公司首先推出了低壓（100V）有源箝位的NCP1560 控制芯片，隨后又推出了高壓應(yīng)用的有源箝位控制芯片NCP1280。它不僅解決了LCD TV、等離子TV 電源的要求，現(xiàn)在又用于下一代無風(fēng)扇的PC 機(jī)電源做主控PWMIC，可見該項技術(shù)未來的市場前景多么美好。美國國家半導(dǎo)體公司的5000 系列中專門有一款有源箝位控制IC，型號是LM5025。即使名不見經(jīng)傳的Semtech 公司也給出了有源箝位的控制芯片，型號是SC4910。這么多家半導(dǎo)體公司不約而同的將資金投在這種控制芯片上，決不是有錢無處花，有力無處使，這背后有 著巨大的市場商機(jī)。直到最近TI公司新推出的有源箝位控制IC UCC2897，已經(jīng)將有源箝位的PWM控制做到了完美無缺。美國國家半導(dǎo)體公司剛剛推出的可以交互式工作的有源箝位正激式工作的控制IC LM5034，它可以在輸入濾波電容不增加的情況下將輸出功率增大一倍，使有源箝位技術(shù)達(dá)到1kW的功率水平。而臺商飛兆公司則給出了最廉價的有源箝位控制ICSD7558 和SD7559，極大地降低了有源箝位技術(shù)的使用成本。

　　在大功率領(lǐng)域人們熟悉且普遍使用的全橋移相ZVS 軟開關(guān)技術(shù)在解決大功率開關(guān)電源的效率上功不可沒，這10 年來也得到很大發(fā)展。從TI公司的UC3875 到UCC3895，從凌特公司的LTC1922 到LTC3722 增加了自適應(yīng)檢測功率MOSFET工作狀態(tài)，從而更準(zhǔn)確地調(diào)整開關(guān)時間做到ZVS 狀態(tài)的技術(shù)，使全橋移相技術(shù)達(dá)到了頂峰。特別是LTC3722 控制IC，大幅度縮小了諧振電感的感量和體積，減小了非ZVS工作狀態(tài)的邊界條件，縮小了占空比的丟失量等。然而，在同步整流技術(shù)普遍應(yīng)用的今天，它卻無法實現(xiàn)最佳的ZVS 同步整流，因為全橋移相電路在本質(zhì)上是屬于非對稱的，因此它無法實現(xiàn)完全的ZVS 同步整流。盡管TI 公司的工程師做了很大的努力，它給出的同步整流方案的電路中，開啟和關(guān)斷過程總有一半是硬開關(guān)，因而效率總是比不上對稱電路拓樸的ZVS 方式的同步整流。

　　在制作大功率開關(guān)電源領(lǐng)域里，最新的科技成果應(yīng)該是INTERSIL 公司最新推出的PWM 對稱全橋的ZVS 控制IC，其型號是ISL6752。它很好地解決了既控制原邊的4個MOSFET開關(guān)為ZVS工作狀態(tài)，又能準(zhǔn)確地給出控制副邊的同步整流為ZVS 工作狀態(tài)的驅(qū)動信號。在此我們可以多花費(fèi)一些筆墨介紹一下：ISL6752 控制一個對稱的全橋電路。4個橋臂中左上和右上兩個開關(guān)以各50%的占空比工作，其脈沖寬度不受調(diào)制。而左下和右下兩個開關(guān)則采用脈沖寬度調(diào)制的方法去調(diào)節(jié)脈寬以便控制輸出電壓。它能精確地控制相關(guān)脈沖的開啟、關(guān)斷及其延遲時間，從而巧妙地利用寄生參數(shù)實現(xiàn)全橋4只功率MOSFET的ZVS軟開關(guān)，保持原邊的最高轉(zhuǎn)換效率。除此以外，它還能給出副邊的同步整流的驅(qū)動信號。此驅(qū)動信號能在原邊控制IC中調(diào)節(jié)其相對于PWM脈沖的超前或延遲，從而克服傳輸信號送到副邊造成的延遲，以便使副邊的同步整流在任何占空比的情況下都絕對保持ZVS的開關(guān)狀態(tài)，確保了同步整流的高效率。而這樣一顆IC卻保持著低價位，幾乎比任何一款的全橋移相控制IC都要便宜。采用這顆IC制作的400W的DC/DC變換器再加上優(yōu)秀的功率MOSFET，轉(zhuǎn)換效率達(dá)到了95%。

　　對于