详解最大化从满负载到空负载时的AC/DC效率

对于具有前端 PFC 预调节器的应用而言，在非常轻的负载时，关闭PFC运行可节约更多的能源。

电路

准谐振控制是对运行在临界导电模式(CrCM)下采用零电压开关(ZVS)或谷值开关(VVS)技术的反向转换器的描述。ZVS/VVS运行是由反向变压器一次侧绕组电感和一次侧主MOSFET开关(CDS)的总等效电容形成的LC谐振引起的。在谐振开关切换过程中，MOSFET 两端的电压会下降。反向转换器检测到该下降并在谷值点开启一次侧开关。谷值电压开关必须满足两个条件，第一个条件是：Vin≤ N (Vout + VD )

其中，N为变压器匝比。在这种条件下，二次侧反射电压 (reflected secondary voltage) 非常高，足以促使一次侧VDS电压变为0。因此，0V电压就可以将一次侧MOSFET开关开启;第二个条件是：Vin > N(Vout + VD )，在此条件下，二次侧反射电压不能将VDS电压转为 0V。相反，我们得到了一个“电压谷值”。图 2 显示了准谐振反向转换器的典型VVS运行。如果满足了第一个公式的条件，那么谷值电压就会被扩展到0V。于是，我们就实现了0电压开关。

图 2、准谐振控制与谷值电压开关

ZVS/VVS不仅大大节约了能源，而且还提高了效率。对于一个给定的电容而言，开关电源Psw由电容器两端的电压CDS以及开关频率fs决定：Psw = 0.5 CDS VDS2 fs，采用硬转换的反向转换器将在高电压时开启开关，从而获得高压开关电源。在下一个开关周期中，储存在电容器CDS中的能量将由MOSFET通道电阻消耗掉，从而表现为开关功率损耗。这样的功率损耗在离线AC/DC应用中尤其显著，在该应用中高DC链路电压是由整流85-285 VAC线电压引起的。

相反，如果运行在采用谷值开关的准谐振模式下，相同的反向转换器将在较低电压时开启开关。当储存在电容器中的能量被释放并再循环至 (recycle back) DC链路电容器CBLK，而并非由MOSFET通道电阻消耗掉时，则电压将通过LC谐振被降低。

在通常的反向运行中，从小负载到满负载范围的准谐振控制意味着多模运行模式，以实现最佳的效率。即我们将转换器运行细分为两种模式：具有可变开启时间变化的正常准谐振模式以及前面所提到的具有恒定开启时间的频率返送 (FFM) 模式。例如，一款准谐振控制可能设计用于15%到50%的负载范围内运行，期间其一直处于FFM模式运行。随着负载的降低，频率逐渐下降，从而开关电源损耗进行一步降低。从50%负载到满负载，控制器会随着负载的增加而消减其频率。通常，开关频率被控制在150 kHz以下，以最小化EMI并满足 EMI 要求。

脉冲跳跃

脉冲跳跃(也称为绿色模式或突发模式)在超轻负载时提供了最佳的节能效果。在该负载级别，保持输出电压稳定是较容易的。因此，只有当电压趋于不稳定时才发生开关转换，额外的开关动作只会造成能源浪费。例如，在耗能的缓冲电路中，每个开关周期上都浪费了大量的能量。如果我们使用脉冲跳跃的话，就可以避免这种能源浪费。

只有在输出电压下降至一定阈值以下时，脉冲跳跃才开始进行开关转换。在此期间，一次侧的控制器将一个脉冲群 (pulse packet) 接入到了变压器，从而将输出电压提高至磁滞窗口的上限以保持输出电压稳定，然后开关电路将被开启。当输出电压再一次接近磁滞窗口的下限时，该校正电路就会恢复到工作状态。

在轻负载时关闭PFC以节约能源

功率因数校正(PFC)在轻负载时不能带来实际的好处。从本质上来说，所有电路都有一定的功耗。一款结构合理的反向准谐振控制器可能会含有一个专用引脚，以方便地实施该功能并在预定的负载条件下自动关闭PFC电路。通过添加一个较小的外部电路(包括一个二极管和一个电阻器，例如图1所示的 Ds 和 Rs)，设计人员可以使用状态引脚作为一个指示器，以降低一次侧峰值电流。这种设计技术有助于降低轻负载时的谐波功耗，从而降低功率损耗。此外，我们还可降低音频噪声。