1、開關電源技術的最新進展隨著節能技術越來越高的要求，隨著電子設備小型化的要求，隨著對環境保護的更高要求，開關電源技術也在飛速的發展著。更高效率，更小體積，更少電磁污染，更可靠的工作的開關電源幾乎每個月都在推陳出新。近兩年來突出的技術進步有以下幾個方面。1,同步整流技術從九十年代末期同步整流技術誕生以后，它給開關電源技術的提升做出了重要貢獻。當前采用IC控制技術的同步整流方案已經為研發工程師普遍接受。新上市的高中檔開關電源幾乎沒有不采用同步整流技術的作品。現在的同步整流技術都在努力地實現ZVS,ZCS方式的同步整流。自從2002年美國銀河公司發表了ZVS同步整流技術之后，現在已經得到了廣泛應用。這

2、種方式的同步整流系巧妙地將二次側驅動同步整流的脈沖信號比一次側的PWM脈沖信號的上升沿超前，下降沿滯后的方法實現了同步整流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增加了對二次側實現ZVS同步整流的控制端子。例如：凌特公司的LTC3722,LTC3723,英特塞爾公司的ISL6752等。這些IC不僅努力解決好初級側功率MOSFET的軟開關，而且著力解決好二次側的ZVS方式的同步整流。用這幾款IC制作的DC/DC變換器，總的轉換效率都達到了94%以上。在非對稱的開關電源電路拓撲中，特別是對于性能良好的正激電路或正激有源箝位電路，在二次側的同步整流中,為了實現

3、ZVS方式的同步整流，消除MOSFET體二極管的導通損耗和反向恢復時間帶來的損耗，德州儀器公司最新的專利技術：“預檢測柵驅動技術”在控制芯片中增加了大量的數字控制技術，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到了前所未有的高效率。再配合好初級側的有源箝位技術之后，使這種最新的電路模式既做到了初級側的軟開關ZVS方式工作，又解決了磁芯復位及能量回饋，減輕了功率MOSFET的電壓應力，還做到了二次側的ZVS最佳狀態的同步整流，綜合使用這兩項技術的中小功率的DC/DC變換器，其效率都在94%以上，功率密度也都能達到200W/in以上。2,最佳的初級PWM控制IC有源箝位技術

4、歷經十余年經久不衰，自從2002年VICOR公司此項專利技術到期解禁之后，各家公司發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?？刂圃缙谟性大槲豢刂萍夹g的TI公司，不僅保持了原有的UCC3580系列，又新開發了性能更優越的UCC289194，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，現在又用于下一代無風扇的PC機電源做主控PWM IC。足見得該項

5、技術未來的市場前景多么美好。美國國家半導體公司的5000系列中專門有一款有源箝位控制IC，LM5025。連名不見經傳的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。直到最近TI公司新推出的有源箝位控制IC UCC2897。已經將有源箝位的PWM控制做到了完美無缺。美國國家半導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,它可以在輸入濾波不增加的情況下將輸出功率增大一倍，使有源箝位技術達到1KW的功率水平。而臺商飛兆公司則給出了最廉價的有

6、源箝位控制IC，SD7558和SD7559。極大的降低了有源箝位技術的使用成本。在大功率領域人們熟悉且普遍使用的全橋移相ZVS軟開關技術在解決大功率開關電源的效率上功不可沒。這十年來得到很大發展。從TI公司的UC3875到UCC3895，從凌特公司的LTC1922到LTC3722增加了自適應檢測功率MOSFET工作狀態從而更準確地調整開關時間作到ZVS狀態的技術，使全橋移相技術達到了頂峰。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工作狀態的邊界條件，縮小了占空比的丟失量等等。然而，在同步整流技術普遍應用的今天，它卻無法實現最佳的ZVS同步整流。因為全橋移相電

7、路在本質上是屬于非對稱的，因此它無法實現完全的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，開啟和關斷過程總有一半是硬開關，因而效率總是比不上對稱電路拓樸的ZVS方式的同步整流。在制作大功率開關電源領域里，最新的科技成果應該是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初級側的四個MOSFET開關為ZVS工作狀態，又能準確地給出控制二次側的同步整流為ZVS工作狀態的驅動信號。在此我們可以多花費一些筆墨介紹一下：ISL6752控制一個對稱的全橋電路。四個橋臂中左上右上兩個開關以各50%的占空比工作，

8、其脈沖寬度不受調制。而左下右下兩個開關則采用脈沖寬度調制的方法去調節脈寬以便控制輸出電壓。它能精確的控制相關脈沖的開啟，關斷及其延遲時間，從而巧妙的利用寄生參數實現全橋四只功率MOS的ZVS軟開關。保持初級側的最高轉換效率。除此以外，它還能給出二次側的同步整流的驅動信號。此驅動信號能在初級側控制IC中調節其相對于PWM脈沖的前移或延遲。從而克服傳輸信號送到二次側造成的延遲。以便使二次側的同步整流在任何占空比的情況下都絕對保持ZVS的開關狀態。從而確保同步整流的高效率。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再加上優秀的功率M

9、OSFET，轉換效率達到了95%。對于小功率的開關電源則仍舊是反激變換器的PWM控制IC，但是它必須要能很好地解決二次側的同步整流的控制方式。ONSEMI公司的NCP1207和NCP1377仍舊是高壓AC/DC領域的佼佼者。若能再配上TI公司的反激變換器的同步整流控制IC-UCC27226，則能使它們成為幾乎完美無暇的高效率電源。低壓DC/DC領域中的反激變換器控制IC中，Linear-Tech公司的LTC3806則是上乘之作。LTC3806不僅控制好PWM，還給出準確的二次側同步整流驅動信號，是低壓小功率電源控制IC的杰作。綜上所述，我們可以給出當今開關電源設計時可以選擇的最佳控制方式和最佳

10、電路拓樸了。大功率應該是全橋ZVS加上二次側ZVS同步整流，典型控制IC是ISL6752。中等功率到小功率應該是有源箝位正激變換ZVS軟開關配上二次側的預檢側柵驅動技術的同步整流。而小功率應該是配好同步整流的準諧振的反激變換電路。近來，在LCD TV 的電源供應器里，更多的是采用不對稱半橋ZVS技術。電視系統中，模擬電路及小信號處理電路較多，希望電源中的DV/DT和DI/DT越小越好。而不對稱半橋電路中的開關元件剛好工作在這種狀態，這對于200W左右的電視系統可謂性能價格比最好的電路。目前控制IC已經有ST公司的L6598，菲力浦公司的TEA1610，ONSEMI公司的NCP1395。它們的性

11、能基本相同，具體的有一些細微的功能差異。當然，這里沒有絕對的界限，只是不同的條件下應該有相應的最佳選擇。3,VICOR的最新科技VICOR公司新推出的兆赫級工作頻率，每立方英寸1000W超高功率密度的PRM和VTM的DC/DC仍舊是當今電源技術領域AA的頂峰。它首次使模塊電源的功率密度上升到每立方英寸1000W的級別，真正地讓電源產品有A了小型化的意義。然而目前VICOR公司的PRM的技術及產品仍舊沒有徹底過關推向市場。目A前只有VTM能批量進入市場。然而其技術方向是對頭的。其實PRM加上VTM組合成一組穩壓電源，本質上就是美國SYNQOR公司的專利-級聯技術。其第一級用于穩壓，第二級用于隔離

12、和變壓。筆者最近把PRM這種思維方式改進了一下，將PRM中的BUCK-BOOST給分開，要末選擇BUCK，要末選擇BOOST。選擇BUCK時，采用1MHz工作頻率的預檢側柵驅動控制技術，將輸入電壓降到某一個中間值電壓，然后再加上VTM就組成了一套高功率密度的電源。選擇BOOST時，采用1MHz工作頻率的同步BOOST控制技術，將輸入電壓升到某一個較高的中間值，再加上VTM即組成一套高功率密度電源。VTM的優點在于突破性的技術思維方式，這種思維方式的突破點在美國這樣一個敢于創新的土地上易于產生，而在目前的中國還有困難，還要相當長時間的發展。還要有足夠的風險投資機制，還要從政府到企業有較長遠的眼光

13、，不要投一點資就盼望立竿見影。VICOR的VTM中有三項專利技術，大家知道越是專利技術多的項目就越容易突破，很多專利技術是誰想到了誰就掌握了。我們只好等十年后再用這項技術了。4,非隔離DC/DC技術的迅速發展近年來在非隔離的DC/DC技術上發展迅速。由于目前一套電子設備或電子系統由于負載不同，會要求電源系統提供多個電壓擋級。例如臺式PC機就要求有+12V,+5V,+3.3V,-12V四種電壓以及待機的+5V電壓。到了主機板上，2.5V,1.8V,1.5V甚至1V等。為此，一套AC/DC中不可能給出這樣多的電壓輸出。大多數低壓供電電流都很大。因此開發了很多非隔離的DC/DC，它們基本上可以分成兩

14、大類。一類系內部含有功率開關元件的稱做DC/DC轉換器。另一類不含功率開關需要外接功率MOSFET的稱作DC/DC控制器。按照電路功能劃分，有降壓的STEP-DOWN,有升壓的BOOST，有又能升壓又能降壓的BUCK-BOOST,或SEPIC等。還有正壓轉成負壓的INVERTOR等。其中品種最多，發展最快的還是降壓的STEP-DOWN。根據輸出電流的大小，有單相的，兩相的以及多相的?？刂品绞缴弦訮WM為主，少部分為PFM。在非隔離的DC/DC轉換技術中，優秀技術有TI公司的預檢側柵驅動技術，它采用數字技術控制好同步BUCK，采用這種技術的DC/DC其轉換效率最高可以達到97%。其中TPS400

15、71等是其代表產品。BOOST升壓方式也出現了采用MOSFET代替二極管的同步BOOST的作品。在低壓領域，增加效率的幅度很大。而且正在設法進一步消除MOSFET的體二極管的導通及反向恢復損耗問題。而BUCK-BOOST電路中，單片集成的IC目前只有Liner-tech公司的LTC3443是比較理想的產品，它和VICOR公司的PRM是最相似的，轉換效率也比較高，達到95%，只是工作電壓還比較低，僅有6V。隨著IC制造技術的進步，這種電路的工作電壓會逐漸提高到20V, 40V, 60V, 乃至100V的。這時，完全的單片IC制作出的“PRM”就達到完美無缺了。5，PFC技術的重大突破在今年3月在

16、美國召開的APEC會議和上海召開的PICM會議上，工程師們提出了沒有整流橋的PFC電路技術，而且已經迅速實用化，它采用兩只電感，兩只功率MOSFET，兩只快恢復二極管組成PFC的升壓電路，分別工作在各50%的半周期，從而省掉了造成功耗的整流橋，特別在輸入電壓的低端，即AC90V輸入時，效率的提升高達1.5個百分點。由于這種電路的輸入和輸出沒有共地點，因而給輸入電壓的檢測帶來麻煩，美國IR公司的采用ONE SYCLE專利技術設計制造的PFC控制ICIR1150S正好省掉了對輸入電壓的檢測這個環節，因而IR1150S成為制作無整流橋PFC的最方便的控制IC, 這種工作方式的電路將PFC的效率又提高

17、了一個多百分點。對該項技術感興趣的工程師可以留意相關報道。TI公司最新推出的交互式PFC技術也給PFC技術帶來了重大進步。兩相交互式PFC的電路采用兩個升壓電感，兩個功率MOSFET，以180度的相位差交替工作。輸出同樣的功率時，平均輸入電流只有一半，因而降低了輸入EMI濾波器的功耗，降低了EMI的強度，從而提高了效率，簡化了大功率PFC處理EMI的難度。采用交互式PFC電路，其EMI的強度僅相當于單路一半功率PFC的強度。此外，輸出電壓的紋波也減小了一半，如果不要求保持時間的話，輸出的大BULK電容也可以減小一半。目前TI公司推薦的該系統由UCC28528和UCC28221組成。新的獨立的控

18、制IC即將問世。這項技術無疑會使大功率電源的PFC部分在轉換效率和EMI處理上有了明顯的進步。6,開關電源的數字化目前在整個的電子模擬電路系統中，電視系統數字化了數字化了，通訊數字化了，沒有通訊的數字化就沒有今天移動電話帶來的極其方便，極其精彩的生活，至于網絡等更是數字化的專屬領域。而最后一個沒有數字化的堡壘就是電源領域了。近年來，數字電源的研究勢頭與日俱增，成果也越來越多。在電源數字化方面走在前面的公司有TI和Microchip即德州儀器公司和微芯國際公司。TI公司既有數字信號處理(DSP)方面的技術優勢，又兼并了PWM IC頂級的專業制造商UNITRODE公司，所以它們合并在一起最具有技術

19、實力。 TI公司已經用DSP的TMS320C28F10制成了通訊用的48V輸出大功率電源模塊。其中PFC和PWM部分完全為數字式控制。現在，TI公司已經研發出了多款數字式PWM控制芯片。目前主要是UCD7000系列UCD8000系列和UCD9000系列。它們將成為下一代數字電源的探路者。UCD7000系列主要是數字控制的功率驅動級，既有驅動正激電路的,也有驅動推挽和半橋電路的。它需要uC或DSP給出PWM的數控信號，才能構成一個完整的數字電源。已經推出的產品有UCD7201,UCD7100,UCD7440,UCD7230等。其中分別控制正激電路，半橋電路以及非隔離的STEP-DOWN。UCD8

20、000系列主要是將數字式的PWM和驅動部分集成在一起。用它設計數字電源只需外加uC或DSP即可。例如UCD8620配合UCD9110就可以組成一個數控半橋電路。UCD9000系列則主要包括DSP及數字PWM部分，它需要與UCD7000系列合作來組成數字電源。總之，它們總體上既要包括硬件部分，還要做軟件編程。硬件部分包括PWM的邏輯部分，時鐘，放大器環路的模數轉換，數模轉換以及數字處理，驅動，同步整流的檢測和處理等。在目前電源領域里的競爭主要還是性能價格的競爭，所以數字電源還有很長的路要走。然而電源領域的數字化的號角已經吹響了。7,政府在電源行業和電源市場中的政策 VC這本來是一個與技術不相關的話題，然而我國目前能源緊缺，而電源行業又是一個與能源消耗密切相關的行業。所以政府以及學會團體應該給電源的發展方向作出指導。這里講幾個例子。第一個例子，彩電電源的空載功耗。在城市里很多家庭晚上看完電視后，采用遙控關斷的方法關機。這時彩電的空載損耗多在3.5W以上，歐洲標準是小于1W，日本標準是小于0.6W。目前以國內40%的家庭彩電晚上用遙控方法關機來估算，這一億多家庭的無用損耗就是4億多瓦特，恐怕三峽電站的好幾臺機組的電力就這樣白白的消耗了。第二個例子，國內各個家電廠商對于電源的效率要求不高，只要求價格。舉個例子，國內一家著