开关电源技术的最新进展与方案

文章摘要：4 非隔离DC/DC 技术的迅速发展 近年来，非隔离的DC/DC技术上发展迅速。由于目前一套电子设备或电子系统因负载不同，会要求电源系统提供多个电压挡级。例如：台式PC机就要求有+12 V，+5 V，+3.3 V，-12 V 四种电压以及待机的+5V电压。到了主机板上就要求2.5V，1.8 V，1.5 V甚至1V等。为此，一套AC/DC 中不可能给出这样多的电压输出，而且大多数低压供电电流都很大。因此开发了很多非隔离的DC/DC 变换器，它们基本上可以分成两大类。一类是内部含有功率开关器件的称做DC/DC 转换器。另一类不含功率开关器件需要外接功率MOSFET的称作DC/DC 控制器。按照电

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4 非隔离DC/DC 技术的迅速发展 

　　近年来，非隔离的DC/DC技术上发展迅速。由于目前一套电子设备或电子系统因负载不同，会要求电源系统提供多个电压挡级。例如：台式PC机就要求有+12 V，+5 V，+3.3 V，-12 V 四种电压以及待机的+5V电压。到了主机板上就要求2.5V，1.8 V，1.5 V甚至1V等。为此，一套AC/DC 中不可能给出这样多的电压输出，而且大多数低压供电电流都很大。因此开发了很多非隔离的DC/DC 变换器，它们基本上可以分成两大类。一类是内部含有功率开关器件的称做DC/DC 转换器。另一类不含功率开关器件需要外接功率MOSFET的称作DC/DC 控制器。按照电路功能划分，有降压的Buck；有升压的Boost；有又能升压又能降压的Buck-Boost 或SEPIC；还有正压转成负压的INVERTOR等。其中品种最多，发展最快的还是降压的Buck。根据输出电流的大小，有单相的、两相的以及多相的；控制方式上以PWM为主，少部分为PFM。 

　　在非隔离的DC/DC 转换技术中，优秀技术有TI 公司的预检侧栅驱动技术，它采用数字技术控制同步Buck，采用这种技术的DC/DC 变换器其转换效率最高可以达到97%，其中TPS40071 等是其代表产品。Boost升压方式也出现了采用MOSFET代替二极管的同步Boost的作品。在低压领域，增加效率的幅度很大，而且正在设法进一步消除MOSFET的体二极管的导通及反向恢复损耗问题。 

　　而在Buck-Boost电路中，单片集成的IC 目前只有Liner-tech 公司的LTC3443是比较理想的产品，它和VICOR公司的PRM是最相似的，转换效率也比较高，达到95%只是工作电压还比较低，仅有6V。随着 IC制造技术的进步，这种电路的工作电压会逐渐提高到20V、40V、60V，乃至100V的。这时，完全的单片IC 制作出的“PRM”就达到完美无缺了。 

　　5 PFC技术的重大突破 

　　在2009 年3 月于美国召开的APEC 会议和中国上海召开的PICM 会议上，工程师们提出了没有整流桥的PFC 电路技术，而且已经迅速实用化。它采用两只电感，两只功率MOSFET，两只快恢复二极管组成PFC 的升压电路，分别工作在各50%的半周期，从而省掉了造成功耗的整流桥，特别在输入电压的低端，即AC 90V 输入时，效率的提升高达1.5 个百分点。由于这种电路的输入和输出没有共地点，因而给输入电压的检测带来麻烦，美国IR公司的采用ONE SYCLE 专利技术设计制造的PFC 控制IC IR1150S 正好省掉了对输入电压的检测这个环节，因而IR1150S成为制作无整流桥PFC 的最方便的控制IC，这种工作方式的电路将PFC 的效率又提高了一个多百分点。对该项技术感兴趣的工程师可以留意相关报道。 

　　TI公司最新推出的交互式PFC 技术也给PFC技术带来了重大进步。两相交互式PFC的电路采用两个升压电感，两个功率MOSFET，以180°的相位差交替工作。输出同样的功率时，平 均输入电流只有一半，因而降低了输入EMI 滤波器的功耗，降低了EMI 的强度，从而提高了效率，简化了大功率PFC 处理EMI 的难度。采用交互式PFC电路，其EMI 的强度仅相当于单路一半功率的强度。此外，输出电压的纹波也减小了一半11.04 0 T，如果不要求保持时间的话，输出的大BULK 电容也可以减小一半。目前TI 公司推荐的该系统由UCC28528 和UCC28221 组成。新的独立的控制IC 即将问世。这项技术无疑会使大功率电源的PFC 部分在转换效率和EMI 处理上有了明显的进步。 

　　6 开关电源的数字化 

　　目前在整个的电子模拟电路系统中，电视系统数字化了，通讯也数字化了，没有通讯的数字化就没有今天移动电话带来的极其方便，极其精彩的生活，至于网络等更是数字化的专属领域。而最后一个没有数字化的堡垒就是电源领域了。近年来，数字电源的研究势头与日俱增，成果也越来越多。在电源数字化方面走在前面的公司有TI 和Microchip 即德州仪器公司和微芯国际公司。TI 公司既有数字信号处理(DSP)方面的技术优势，又兼并了PWM IC 顶级的专业制造UNITRODE 公司，所以它们合并在一起最具有技术实力。TI 公司已经用DSP的TMS320C28F10制成了通讯用的48V输出大功率电源模块。其中PFC 和PWM 部分完全为数字式控制。现在，TI公司已经研发出了多款数字式PWM 控制芯片。目前主要是UCD7000 系列、UCD8000 系列和UCD9000 系列，它们将成为下一代数字电源的探路者。 

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