听TI专家谈电源管理发展趋势

说起德州仪器大家可能更多的把它和无线、DSP联系起来，其实，它在电源管理领域的影响并不亚于前两者。根据Databeans研究公司2007年3月份统计的数据显示：2005~2006年全球电源管理IC市场增幅达17%，而TI的电源管理芯片收入增幅达到了26%，超过了全球平均增长水平。此外，TI还以自己丰富的电源产品线，拥有了类似索尼、诺基亚这样的大型客户，从而占据了电源市场15%以上的份额，稳居电源市场排行榜榜首。

如今，随着能源危机的加强，人们对于各个领域能源管理的要求也日益增加，电源方面尤其如此。目前，业界已有许多节能标准，如欧洲IEC555管理条例规定功率超过75w的产品就需要增加能耗控制功能，美国的80 plus标准则要求产品的电源转换效率必须达到80%以上。最大限度的提高电源转换效率已经成为评价一款产品是否成功的标准之一。

功率因数校正技术（PFC|0">PFC）是通过动态检测能耗状况，调整设备的功率因数，保证稳定的电源使用效率，其在电源管理领域已经得到了广泛使用。德州仪器公司高性能模拟产品业务开发经理张洪为介绍说："由于在实际应用中，当出现电压和电流相位差或较高的电流谐波时，电源实际所消耗的功率可能高于它自身实际消耗功率，这样无形中就加重了电网的负担，从而导致整个电网效率的下降。因此，为了满足总谐波失真(THD)的规范，无论工程师们的设计对象是上千瓦的空调、电信整流器、服务器，还是90W的笔记本电脑电源适配器等消费电子产品，PFC已成为他们的必然选择。"据Darnell集团公布的数据显示全球电源市场针对功率因数校正的市场总量2006年达到21亿，预计2011年将增至34亿。

德州仪器公司高性能模拟产品业务开发经理张洪为 市场的潜力是巨大的，如何提升各家产品性能，众家厂商各显神通。按照输入电感电流是否连续，PFC的控制策略可分为不连续导通模式(DCM)和连续导通模式(CCM)，目前市场惯用的高功率CCM PFC技术主要有三种，串行、并行以及交错式。顾名思义，串行CCM PFC通过将器件串接在一条回路上，使得在功率转换过程中大部分热量消耗在电感、晶体管等器件上，与此同时，由于部分元件的热量长期集中，厂家不得不采用大型高成本组件保证系统稳定性。其次，串联系统只能提供单相常开开关，在轻负载情况下原本用于高负载的器件仍需全部协同工作，使得系统整体转换效率大大降低。串行方式的第三个弊端就是输入输出端存在着无法避免的高峰值纹波，需要额外添加满足EMI要求的输入端大型滤波器以及高频rms大应力输出电容。总之，无论从经济、体积还是转换效率上来说，串行方式并不是理想的能耗解决方案。 并行CCM PFC方式在串行的基础上有所提高，通过并联多路通道，利用分布式组件避免了串行方式中的热集中问题，并且支持相位管理功能，能够在轻负载的情况下关闭部分线路，提高系统转换效率。但是，在输入输出峰值纹波方面，还是无能为力，系统还需要添加大型滤波器与高频电容。这种模块化低功耗并行相位方式降低了一些电源组件的应力与成本，但是并不能满足所有系统的需求。 交错式CCM PFC又在并行PFC基础上增加了输入端电流相移功能，通过输入电流之间相位差，使得峰值纹波相互抵消，整体电流趋于平稳。从而减小系统整体体积、降低成本、降低温度额定值，最重要的是提高了系统的可靠性。目前，交错式PFC已经成为电源行业中高功率应用极具吸引力的解决方案。 交错式CCM PFC结构图 面对市场需求，TI大胆创新，首次将满足千瓦级通信、服务器与工业系统要求的交错式功率因数校正控制电路集成在单芯片上。两相交错式PFC电路采用两个升压电感、两个功率MOSFET，以180°的相位差交替工作，与前两种非交错式PFC构架相比，使得电流纹波减少了50%~100%。输出同样的功率时，平均输入电流只有一半，因而降低了输入EMI滤波器的功耗，增强了整体系统性能。 德州仪器千瓦级交错式功率因数校正控制电路单芯片 此外，此款芯片还提供了多种独特的系统控制与保护特性，包括欠压锁定、逐周期峰值限流以及系统过温保护等。输出过压保护方案配合开环检测，可避免系统出现常见的电路板故障。借助独立的电流感测功能，可避免组件在两相工作模式下过热，提高整体系统可靠性。