高效電源管理方案

　　數(shù)字降頻技術(shù)

　　在能源問題受到越來越多廣泛關(guān)注的今天，大部分電源標準不僅規(guī)定了滿載時的效率，而且還規(guī)定了整個負載范圍的平均效率，例如Energy Star 2.0規(guī)定的平均效率為87%。數(shù)字降頻方法可以更方便地提高平均效率。

　　準諧振反激式變換器的開關(guān)損耗比固定頻率的反激式變換器低，而且EM1性能更好，所以這種變換器得到廣泛的應用。準諧振反激式變換器面臨的挑戰(zhàn)之一是其開關(guān)頻率隨輸出功率的下降而上升。這低消了通過準諧振方式工作而帶來的效率提升，特別是在中等負載或低負載條件下。為了解決這一問題，英飛凌的準諧振PWM控制器ICE 2QS02G采用了數(shù)字降頻方法。此器件同時采用數(shù)字信號處理電路和模擬信號處理電路。數(shù)字信號處理電路包括一個加/減計數(shù)器、一個過零信號計數(shù)器和一個數(shù)字平均器;模擬電路包括一個電流測量單元和一個平均器。導通和關(guān)斷的時間點分別由數(shù)字電路和模擬電路決定。在滿載和輕載條件下，數(shù)字降頻使MOSFET分別在不同的過零信號點導通。在輕載工作條件下，開關(guān)頻率被有效地降低到一個相當?shù)偷乃剑瑫r開關(guān)動作仍有效進行，從而確保了輕載時的高效率。為了驗證數(shù)字降頻方法對提升效率所具有的效果，英飛凌設計了兩種采用ICE2QS02G且不帶同步整流的準諧振反激式變換器原型，其效率測試結(jié)果示于圖4。從圖4所示效率測試結(jié)果可以看出，采用數(shù)字降頻方法可以顯著地提高系統(tǒng)的綜合效率，從圖4(b)還可看出采用CoolMOS 800V的方案甚至在低電壓和高電壓兩種條件下都達到90%的超高效率。

　　多相變換器

　　預測到2010年處理器將工作在1V和100A，到2020年希望處理器的電源電壓將是0.7V和更高電流。處理器工作在1V，100A(或更高)和GHz頻率時的高效電源管理(采用當今的元件和技術(shù)可達到的效率為70%~80%)成為設計人員面對的困難任務。

　　可以滿足當今處理器電源要求的唯一拓撲是多相開關(guān)模式變換器。這種拓撲采用兩個或更多相同組合單元，把這些單元的輸出連接起來，其輸出是所有單元輸出的總和。隨著工作電流要求的增高，需要有更多的單元(相)。一個最佳的設計需要折衷考慮相數(shù)、每個相的電流、開關(guān)頻率、成本、尺寸和效率。更高的輸出電流和更低的電壓，需要更嚴格的輸出電流調(diào)整。多相設計可采用幾種實用的方法。