如何开发和生产高效率的电源

一、非隔离DC/DC技术迅速发展

近年来，非隔离DC/DC技术发展迅速。目前一套电子设备或电子系统由于负载不同，会要求电源系统提供多个电压挡级。如台式PC机就要求有+12V、+5V、+3.3V、-12V四种电压以及待机的+5V电压，主机板上则需要2.5V、1.8V、1.5V甚至1V等。一套AC/DC中不可能给出这样多的电压输出，而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，它们基本上可以分成两大类。一类在内部含有功率开关元件，称DC/DC转换器。另一类不含功率开关，需要外接功率MOSFET，称DC/DC控制器。按照电路功能划分，有降压的STEP-DOWN、升压的BOOST，还有能升降压的BUCK-BOOST或SEPIC等，以及正压转成负压的INVERTOR等。其中品种最多，发展最快的还是降压的STEP-DOWN。根据输出电流的大小，分为单相、两相及多相。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，TI公司的预检测栅驱动技术采用数字技术控制同步BUCK，采用这种技术的DC/DC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的产品。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问题。

二、开关电源吹响数字化号角

目前在整个的电子模拟电路系统中，电视、音响设备、照片处理、通讯、网络等都逐步实现了数字化，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不减，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。TI公司既有DSP方面的优势，又兼并了PWMIC专业制造商UNITRODE公司，该公司已经用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。它们总体上既包括硬件部分，还要做软件编程。硬件部分包括PWM的逻辑部分、时钟、放大器环路的模数转换、数模转换以及数字处理、驱动，同步整流的检测和处理等。

目前在电源领域里的竞争主要还是性能价格的竞争，所以数字电源还有很长的路要走，然而电源领域的数字化的号角已经吹响了。

三、初级PWM控制IC不断优化

有源箝位技术历经十余年经久不衰，自从2002年VICOR公司此项专利技术到期解禁之后，各家公司开发的新型有源箝位控制IC如雨后春笋般涌现，给用户提供了充分的选择。

控制早期有源箝位控制技术的TI，不仅保持了原有的UCC3580系列，又新开发了性能更优越的UCC2891-94，它采用电流型控制方式，综合了高边箝位、低边箝位两种控制方案，给出了全新的控制技巧。OnSemi先推出了低压(100V)有源箝位的NCP1560控制芯片，随后又推出了高压应用的控制芯片NCP1280，它既解决了LCDTV等离子TV电源的要求，现在又直指下一代无风扇的PC机电源。美国NS公司的5000系列中专门有一款LM5025的有源箝位控制IC，连名不见经传的Semtech公司也给出了有源箝位的控制芯片，型号是SC4910，可见其背后蕴藏着巨大的市场商机。直到最近TI公司又推出的有源箝位控制ICUCC2897，已经将有源箝位的PWM控制做到了完美无缺。而台商飞兆公司则给出了最廉价的有源箝位控制IC，即SD7558和SD7559。

在大功率领域，全桥移相ZVS软开关技术在解决开关电源的效率上功不可没。从TI公司的UC3875到UCC3895，再从Linear公司的LTC1922到LTC3722增加了自适应检测技术，使全桥移相技术达到了顶峰。然而，在同步整流技术普遍应用的今天，它却无法实现最佳的ZVS同步整流。因为全桥移相电路在本质上是属于非对称的，它无法实现完全的ZVS同步整流，由于其开启和关断过程总有一半是硬开关，因而效率比不上对称电路拓扑的ZVS方式的同步整流。最新的科技成果应该是INTERSIL公司推出的PWM对称全桥的ZVS控制IC-ISL6752。它既能控制初级侧的四个MOS开关为ZVS工作状态，又能准确地给出控制二次侧的同步整流为ZVS工作状态的驱动信号。采用这颗IC制作的400W的DC/DC再加上先进的功率MOSFET，转换效率可达到95%。

对于小功率的开关电源，则仍旧是反激变换器的PWM控制IC，但是它必须要能很好地解决二次侧的同步整流的控制方式。OnSemi公司的NCP1207和NCP1377是高压AC/DC领域的佼佼者。若能再配上TI公司的反激变换器的同步整流控制IC-UCC27226，则能使它们成为几乎完美无瑕的高效率电源。低压DC/DC领域中的反激变换器控制IC中，Linear公司的LTC3806则是上乘之作。LTC3806不仅能控制好PWM，还给出准确的二次侧同步整流驱动信号，是低压小功率电源控制IC的杰作。

综上所述，开关电源设计时可以选择最佳控制方式和最佳电路拓扑。大功率应该是全桥ZVS加上二次侧ZVS同步整流，典型控制IC是ISL6752；中等功率到小功率应该是有源箝位正激变换ZVS软开关配上二次侧的预检测栅驱动技术的同步整流；而小功率应该是配好同步整流的反激变换。当然，这里没有绝对的界限，只是不同的条件下应该有相应的最佳选择。