各种负载条件下保持高效率的电源控制器

各种负载条件下保持高效率的电源控制器

过去数十年中，传统的模拟和脉宽调制（PWM）功率转换器完全能满足电源设计的要求，但近来似乎遇到了困难。为了使转换效率那怕提高1％，也需要在拓扑结构、相关元器件和电路设计等方面做出重大改进。在系统和市场需求不断推陈出新的压力下，电源设计师们开始寻求一种能在各种工频和负载条件下都更灵活、更可靠且性能更出色的产品，当然希望能在不增加成本的前提下，获得这一切。

利用半导体先锋iWattInc公司研发的数字技术，一种新型的功率转换控制器不仅能做到这些，而且使电源具有了前所未有的灵活性和可编程能力，这是传统PWM和其它模拟方法所无法实现的。这些控制器能显著改善AC/DC和DC/DC功率转换方案的整机成本和性能，包括隔离和直接耦合转换器。

iWattInc公司开发了一种名为“pulse Train”的专利稳压技术。应用这一新技术，iWatt公司推出了一系列新的数字化开关电源（SMPS）控制器。iWatt公司希望这些新产品能克服老式技术的各种缺点，为电源设计数字化铺平道路。

测试表明，对于带有源功率因数校正（PFC）电路的60W单级单开关AC/DC转换器，在85～265V整个工频电压范围内，新的数字化控制器在各种负载条件下的效率高达80％至89％。如图1所示。此数字化控制器具有无需光耦器件；只用初级反馈进行控制而无需反馈电路补偿；以及能适应任何拓扑结构的电源等优点。

图2 脉冲比控制（PRC）示意图 图3 功率脉冲控制输出电压

有趣的是，此技术还能从稳压过程中分离脉冲形状。这样，我们就可以独立设置开通和关断时间，来实现各种系统优化。关断时间可设置为确保当在次级电流降为零时，反激式转换器中的开关才开通。另一方面，开通时间可设置为确保峰值初级电流保持恒定。总之，这些优化会使电源转换器在整个工频电压和负载范围内产生更高效的响应。

iWatt公司针对各种不同AC/DC和DC/DC转换应用，开发出了三种实现pulse Train技术的芯片，并在其中集成了其它一些功能，如控制逻辑、波形分析仪、多路复用器、稳压器及驱动器等。iW2101是隔离DC/DC控制器芯片，iW2201为AC/DC控制器芯片，iW2202为内带有源PFC电路的单片式AC/DC控制器。

与使用复杂电路和普通PWM控制器的其它PFC方案不同，iW2202的PFC和稳压都由单级单开关拓扑结构中的初级反馈提供。如图4所示。在相同应用中，其它PFC方案都会使大电容两端电压超过1000V，而iW2202方案不超过400V。这不仅能降低元器件的应力，提高可靠性，并能以更低成本实现更高性能的系统。

图4 典型应用电路

测量结果表明，120V交流输入时，使用iW2202的单级有源PFC转换器的PF可达0.98，并提供输出电流3.0A的19.0V直流输出。高效率和高功率因数的组合，使设计能满足EN61000-3-2规定的谐波失真指标和BlueAngel规定的空载功耗标准。

在整个工频电压和负载变化的范围内该设计不仅使输出调整率小于±1％，而且其动态响应比传统电路快近5倍。iW2202适用于AC85～270V、50～60Hz的通用工频电压。

iWatt公司正在致力于将其新技术延伸到可编程开关稳压器（PSR）中。iWatt公司正在研发的多路输出PSR能综合各种功率转换和管理功能，而适用于向PDA、数码相机和其它手持产品等移动设备供电。此外，它还能与系统内的主机处理器对话。

iWatt公司采用0.6μm CMOS工艺完成的首批三种集成数字化SMPS控制器样品，包括iW2101隔离DC/DC控制器、iW2201AC/DC控制器以及带PFC的AC/DC控制器iW2202。这三种器件均采用8引脚小型IC封装。iW2202于2002年1月投产，其它两种有望随后开始批量生产。10000片批量iW2202的单价为3?5美元。