提高有功模式效率以满足“能源之星”要求

图4 先进的双面冷却power33封装

还有一点非常重要，就是不仅要考虑在满载条件下以更低的Rds(on)来获得更高的效率，还需考虑轻载条件下Rds(on)×QG(TOT)或品质因数(FOM)。

轻载条件下，Rds(on)没有那么重要，大部分损耗是由栅极驱动损耗造成，其为栅极电压平方的函数。

优化MOSFET的栅极电压也十分重要，因为若栅极电压增加，MOSFET的导通阻抗就会下降。不过，当栅极电压增加时，所需的栅极电荷Qg也随之增加。栅极驱动功率P=Qg·V·F，这里，Qg为栅极电荷，V为栅极电压，F是频率。

输出二极管损耗
2A/500mV标准肖特基二极管的传导损耗大约为1W。若正向电压降(VF)减小200mV为300mV，损耗可降至600mW，即功耗减小约400mW。对于电流较大的低压应用来说，用Rds(on)为10mΩ的同步MOSFET来代替肖特基二极管也是一种可选方案。

工作频率控制
另外还有一些能够减小控制器开关频率的技术，可用来降低待机模式下的功率半导体开关损耗。

其中一种技术是通过降低电源的频率来减小开关损耗，从而提高低功率工作模式下的效率。

图5 脉冲频率调制

开关模式电源有两种工作模式：脉宽调制(PWM)模式和脉冲频率调制(PFM)模式。在PWM模式下，开关频率是固定的。通过改变电源的占空比来控制输出电压。

在PFM模式下，通过随线路和负载条件的变化而改变开关频率来控制输出电压。这时，开关频率与输出功率成比例。在输出功率很低时，开关频率降低，开关损耗减小，效率提高。PFM控制器的静态电流消耗只限于其基准电压和误差比较器的偏置所需的电流。不过，PWM控制器始终带有一个有源振荡器，即使在空载时，它也会持续从输入源汲取电流。

许多PWM电源控制器都关断大部分或部分PWM功能性，以求降低极轻载或空载条件下的损耗。在这种方案中，突发模式前后还有几个相关的延时周期，会带来可听噪声问题。

图6 迟滞控制

当电源重新开启，并从轻载向满载变化时，这种延时还会造成输出电压下降，迫使电源设计人员不得不使用额外的并联输出电容，从而增加系统的成本和尺寸。

先进突发模式可把轻载条件下的开关损耗降至最小，缺点是会增加DC输出纹波，延长控制周期。

启动电阻损耗
高压半导体IC工艺的进步让电源IC可以直接从AC整流高电压启动，不再像以往那样需要启动电阻来把高电压降压到低电压，从而避免了这部分功耗。

图7中，高压内部电流源(Ics)为内部偏置电路供电，为Cvcc电容充电。而且，当Vcc达到阈值时，内部电流源被禁用，PWM的偏置电流来自于调节辅助绕组(Auxwndg)。本系统中，低静态电流是关键的设计考虑因素。

图7 通过Rbias或利用HV IC实现Vcc偏置

DC/DC功率部件
前面我们讨论了运用于DC/DC的 PWM、PFM和突发模式，本节将着重讨论设计和元件优化。

对于MOSFET，除了通常的传导损耗和开关损耗之外，还有一些可能被忽略的其他损耗。下面我们将讨论其中部分损耗，以及提高满载和轻载效率的方法。

高边和低边同步MOSFET不同的电气特性要求
当同步降压转换器的占空比在50%左右时，高边和低边MOSFET可以使用相同器件；但占空比较小时，必须根据不同的条件来分别选择每个MOSFET。