解決準(zhǔn)方波諧振電源的谷底跳頻問題

圖6：帶谷底鎖定功能的控制器開關(guān)頻率相對于輸出功率的變化

　　這種技術(shù)的另一優(yōu)勢在于優(yōu)化了整個(gè)負(fù)載/輸入電壓范圍（特別是高輸入電壓條件下）的能效。高輸入電壓時(shí)，不再有零電壓開關(guān)工作：開關(guān)損耗增加。因此，舉例來說，在第二個(gè)谷底而不是在第一個(gè)谷底工作或是在第三個(gè)谷底而不是在第二個(gè)谷底工作更有優(yōu)勢，從而使電源能夠以較低的頻率開關(guān)。圖7很好地描繪了這種情況，此圖中顯示了控制器在第三個(gè)谷底或第四個(gè)谷底工作時(shí)，輸出功率在24 W到34 W之間時(shí)的能效變化。從圖中可以看出，在第四個(gè)谷底導(dǎo)通MOSFET提供的能效比在第三個(gè)谷底導(dǎo)通MOSFET高出0.3%。開關(guān)頻率在第四個(gè)谷底時(shí)比在第三個(gè)谷底時(shí)低15 kHz。

圖7：第三個(gè)谷底工作和第四個(gè)谷底工作實(shí)際應(yīng)用案例中的能效差異

　　在集成電路中應(yīng)用谷底鎖定技術(shù)

　　安森美半導(dǎo)體制造的準(zhǔn)諧振控制器NCP1379和NCP1380中應(yīng)用了谷底鎖定技術(shù)。實(shí)際上，使用了一組比較器在反饋引腳監(jiān)測電壓，并將信息饋送給計(jì)數(shù)器。每個(gè)比較器上的磁滯會鎖定工作谷底。因此，就給定輸出功率而言，有兩種可能的工作點(diǎn)：確保穩(wěn)定工作而沒有谷底跳頻。為了進(jìn)一步提升輕載能效，基于壓控振蕩器的頻率反走電路在輸出功率減小時(shí)降低開關(guān)頻率。下圖顯示的是NCP1380控制的19 V、60 W準(zhǔn)諧振適配器的電路圖。

圖8：應(yīng)用NCP1380的60 W適配器電路圖

　　由于使用了谷底鎖定技術(shù)，這控制器在負(fù)載下降時(shí)改變谷底（從第一個(gè)谷底到第四個(gè)谷底），而不會有任何不穩(wěn)定問題。這幫助擴(kuò)展準(zhǔn)諧振工作范圍，在230 Vrms時(shí)功率低至20 W。下面的過濾器截圖顯示了230 Vrms輸入電壓下負(fù)載降低時(shí)的工作谷底。沒有觀測到谷底跳頻。

圖9：60 W、230 V rms時(shí)的第一個(gè)谷底 圖10： 45 W、230 V rms時(shí)的第二個(gè)谷底

圖12： 24 W、230 V rms時(shí)的第四個(gè)谷底 圖11： 30 W、230 V rms時(shí)的第三個(gè)谷底

　　鎖定技術(shù)優(yōu)化了完整線路電壓/負(fù)載范圍下的能效，并提升了總體能效：

　　Vin = 115 V rms時(shí)，測得的平均能效為87.9%

　　Vin = 230 V rms時(shí)，平均能效為87.7%，高于“能源之星”EPA 2.0標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的87%限制值

　　輸出輕載時(shí)，通過頻率反走電路進(jìn)一步提升了能效。在0.7 W輸出功率情況下，適配器從交流主電源消耗的功率低于1 W。下表總結(jié)了輕載時(shí)的能效：

表I：輕載能效

　　頻率反走技術(shù)通過降低開關(guān)頻率，也降低了適配器在待機(jī)模式（表示沒有輸出負(fù)載連接至適配器）下消耗的功率。230 Vrms時(shí)，適配器在待機(jī)模式下從交流主電源（含X2電容的放電電阻）消耗的功率為85 mW，這對未配備高壓啟動電路的控制器而言是相當(dāng)優(yōu)秀的結(jié)果。

表II：空載能耗

　　結(jié)論

　　傳統(tǒng)準(zhǔn)諧振控制器容易受到所謂的谷底跳頻問題的影響，因?yàn)楣鹊滋l會產(chǎn)生大小不同的開關(guān)周期，并在變壓器中產(chǎn)生可聽噪聲。在某些線路電壓/負(fù)載條件下，當(dāng)逐周期能量平衡所需的關(guān)閉時(shí)間降到兩個(gè)鄰近谷底之間時(shí)，會出現(xiàn)谷底跳頻。為了解決這個(gè)問題，本文介紹了谷底鎖定技術(shù)。這種技術(shù)使電源能夠在給定輸出負(fù)載條件下選擇兩個(gè)可能的穩(wěn)定工作點(diǎn)，不僅不穩(wěn)定問題隨之消失，而且在結(jié)合使用壓控振蕩器的情況下，這種應(yīng)用中的能效數(shù)值明顯升高。基于NCP1380控制器的實(shí)際測試結(jié)果證實(shí)了這種方法的有效性。