你了解电源吗？ 效率如何更上一层楼

    泡泡网电源频道7月12日 对于电源基本结构和工作原理，我们已经在之前的三篇文章中，与大家进行了分享。《你了解电源吗？ 小白晋级不完全教程》，让我们了解了电源的基本结构以及EMI滤波电路对于电源的重要性；而《你了解电源吗？主动PFC究竟有多重要》，则让我们知道了主动PFC与被动PFC的根本区别；第三篇《你了解电源吗？整流设计影响输出品质》则明确的告诉了我们，一颗电源质量以及成本的高低，取决于制造厂对于电源整流电路设计水平的高低。

    其实严格的说，关于电源的工作方式以及在电脑中的重要性，在我们介绍完电源主控开关管和二次侧整流设计之后，基本上就已经告一段落了。不过，随着高效电源技术的发展，越来越多的IC控制器被应用到电源当中，通过更科学更合理的调控、矫正，以提高电源交流转换直流的工作效率和转换效率更上一层楼。那么这些IC控制芯片以及方案就是我们今天所要介绍的内容——“PWM控制器”以及“主控卡关拓扑结构”。

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    就目前说，PWM控制器已经被应用到绝大多数的电源产品当中。其主要的作用是为了保证电压的稳定输出，和控制传输到电源负载的能量总量，而这些都是通过调整主开关管占空比完成。所以PWM控制器也可以看做一次侧主控开关电路的一部分。

    而使用PWM控制器的电源，则是让功率晶体管工作在导通和关断状态。在这两种状态中，加在功率晶体管上的伏安乘积总是很小的（在导通时，电压低，电流大；关断时，电压高，电流小）。因此，功率器件上的伏安乘积就是功率半导体器件上所产生的损耗。

型号为CM6800的 PFC/PWM控制器

    这些都是通过主控开关调节占空比完成。而占空比通常可以在0%至100%之间调整，不过通常这个范围比较小。简单的说，我们可以把输出电压值，看做输入电压与占空度的乘积（Vout = Vin × duty cycle）。

    PWM控制器通常会使用电源理论电压值，与输出电压值不断进行比较。而在PWM的IC芯片中有个电压误差放大器，用来执行输出电压与参考电压比较电压值的增益。而根据这种电压误差宽度比较，误差电压脉冲宽度整流器则根据在电压误差放大器中反馈的电压误差级别来调整占空比。

型号为CM6800的 PFC/PWM控制器

    除了决定主控开关的占空比，PWM控制器通常与其它功能合并使用，可以让电源“温柔的启动”，可以有效降低启动电流的冲击，相当于一个电源过流放大器保护电源过载。并且可以阻止由于控制器IC芯片电压过低，以至于无法驱动主开关管等等。

    为了从直流输出的电压反馈能直接到达PWM芯片的电压误差放大器，因此会需要一个被隔离的反馈电路。而目前有两种电气隔离方法，光学的（光隔离器）和磁性的（变压器）。在现代的电源中，光隔离器被使用的情况比较普遍。电压误差放大器也通常会安置在光隔离器的二次侧附近，有时我们也将光隔离器成为“光耦合器”。

    这里稍微介绍一下“光耦合器”。光耦合器以光为媒介传输电信号，它对输入、输出电信号有良好的隔离作用。在一些需要通过绝缘层传送信息但却不允许物理电气接触的场合，通常需要一些隔离器件，比如PWM芯片中的反馈信号，光隔离器就起到一个信号传递媒介的作用。

    而在开关电源中，利用线性光耦合器可构成光耦反馈电路，通过调节控制端电流来改变占空比，达到精密稳压目的。

    根据通过的峰值电流、最大工作电压、转换效率级别以及成本角度的考虑，电源制造商对于主控开关拓扑，通常有很多项设计方案。包括单管正激、双管正激、全桥……等等。下面这个表格就列出了几类常见的主控开关拓扑。

    最近一段时间，有许多的电源制造厂开始广泛的应用另外一种拓扑结构——“LLC谐振拓扑”。这种拓扑结构，是利用谐振电感和电容器组合，主控开关MOSFET ZVS开通，输出二极管ZCS关断，没有反向恢复问题，开关损耗小，提高转换效率，并且可以促使RFI和EMI减少，有效抑制纹波。

主流主控开关拓扑结构（点击可放大）

    而利用LLC谐振转换器的主控开关速度会更快，而转换效率也可达到93%至95%。当然，我们关于拓扑结构的类型还有很多，不仅仅局限于上面我们所提到过的那些种类。■

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