高效电源管理方案

　　数字降频技术

　　在能源问题受到越来越多广泛关注的今天，大部分电源标准不仅规定了满载时的效率，而且还规定了整个负载范围的平均效率，例如Energy Star 2.0规定的平均效率为87%。数字降频方法可以更方便地提高平均效率。

　　准谐振反激式变换器的开关损耗比固定频率的反激式变换器低，而且EM1性能更好，所以这种变换器得到广泛的应用。准谐振反激式变换器面临的挑战之一是其开关频率随输出功率的下降而上升。这低消了通过准谐振方式工作而带来的效率提升，特别是在中等负载或低负载条件下。为了解决这一问题，英飞凌的准谐振PWM控制器ICE 2QS02G采用了数字降频方法。此器件同时采用数字信号处理电路和模拟信号处理电路。数字信号处理电路包括一个加/减计数器、一个过零信号计数器和一个数字平均器;模拟电路包括一个电流测量单元和一个平均器。导通和关断的时间点分别由数字电路和模拟电路决定。在满载和轻载条件下，数字降频使MOSFET分别在不同的过零信号点导通。在轻载工作条件下，开关频率被有效地降低到一个相当低的水平，同时开关动作仍有效进行，从而确保了轻载时的高效率。为了验证数字降频方法对提升效率所具有的效果，英飞凌设计了两种采用ICE2QS02G且不带同步整流的准谐振反激式变换器原型，其效率测试结果示于图4。从图4所示效率测试结果可以看出，采用数字降频方法可以显著地提高系统的综合效率，从图4(b)还可看出采用CoolMOS 800V的方案甚至在低电压和高电压两种条件下都达到90%的超高效率。

　　多相变换器

　　预测到2010年处理器将工作在1V和100A，到2020年希望处理器的电源电压将是0.7V和更高电流。处理器工作在1V，100A(或更高)和GHz频率时的高效电源管理(采用当今的元件和技术可达到的效率为70%~80%)成为设计人员面对的困难任务。

　　可以满足当今处理器电源要求的唯一拓扑是多相开关模式变换器。这种拓扑采用两个或更多相同组合单元，把这些单元的输出连接起来，其输出是所有单元输出的总和。随着工作电流要求的增高，需要有更多的单元(相)。一个最佳的设计需要折衷考虑相数、每个相的电流、开关频率、成本、尺寸和效率。更高的输出电流和更低的电压，需要更严格的输出电流调整。多相设计可采用几种实用的方法。