探讨如何凭借智能交错技术提高AC/DC电源效率

　　在进行大功率电源供应器设计时，设计工程师经常会使用交错（Interleave）架构。交错是一种特殊的并联方式，即在两个或多个功率级（通常称之为相位或通道）之间存在独特的相位关係。为了保持两级设计所具备的完整纹波电流消除优势，必须让各个通道彼此间相位差保持180度。

　　由于每个通道都是针对处理50%功率而设计的，故同步中断或失败，尤其是在负载超过最大额定电流的50%时，就可能造成整个设计的崩溃。换言之，缺乏严格容限的同步演算法会导致不必要的功率级冗余设计需求。因此，设计工程师必须採用可在任何状况下均确保同步的解决方案，方能避免系统崩溃的条件下，兼顾系统的实作成本。目前市场上已有晶片供应商开发出可满足此一需求的功率因数校正（PFC）控制器，在软启动、软中止（Soft-Stop）期间以及所有瞬态和稳态工作条件下，可确保近乎完美的180度同步。如果某个故障模式导致一个通道无法工作，内部的重启动计时器便会启动，有效执行功率限制，防止此通道提供全额定功率。本文将以快捷（Fairchild）所推出的FAN9612为例，说明这类先进PFC控制器的特性，以及其能为电源供应器系统设计所带来的种种优势。

　　软启动/分压器网路携手 电压过冲难题有解

　　任何电源设计都要优先考虑启动，功率因数校正控制器也不例外。对大多数PFC应用而言，稳压输出电压设置点在400伏特范围内，故只要有任何电压过冲，尤其是在软启动期间，就会对输出大电容和开关元件造成额外的应力。因此，PFC控制器必须能在整个启动程式期间保持闭迴路软启动，以避免上述情况发生。图1为PFC控制器的软启动电路功能实现及启动程式模拟。

　　图1　闭迴路软启动性能

　　透过把参考电压钳定为误差放大器回馈电压，软启动电容（CSS）将稍微预充电，加快初始化启动。更重要的是，误差放大器输出直接控制软启动充电电流（ISS（VCTRL）），因此，若误差放大器接近饱和，电流源就减小VSS（t），确保对误差放大器输出电压保持良好控制。如此一来，无论在软启动週期内，后级直流对直流（DC-DC）转换器从何处开始消耗控制器输出的功率， 都可以在内部调节同相误差放大器输入以避免饱和，确保启动或重新启动期间不会因瞬态故障条件而产生电压过冲。

　　除了闭迴路软启动工作模式之外，先进的PFC控制器还具有透过 VOUT 电阻分压器网路直接启动的可选功能。对于没有足够的辅助偏置电源电压或待机电源的应用，启动任何高电压晶片都必须对VDD电容进行充电，直到电压达到控制晶片欠压锁定（UVLO）导通阈值为止。要实现这项功能，设计工程师通常都必须额外设计一套电路，因而会增加功耗及降低效率。

　　为了解决上述问题，有些设计人员会採用一种特殊的设计方法，亦即当PFC控制晶片是透过自举偏置（Bootstrap Bias）进行供电时，系统则关闭启动电路。虽然这种方案有助于降低功耗，但往往需要高侧开关和驱动电路，从而增加外部元件的数目。目前市场上已有经过特别设计的解决方案可克服此一问题，无须使用外部启动电阻即可启动。在FB和VDD之间增加一个小信号二极体（DSTART），即可提供一条经过RFB1的电流路径，即图 2 中的虚线。一旦内部5伏特参考电压产生输出，小讯号金属氧化物半导体场效电晶体（MOSFET），也就是图2中的QSTART就被开通，电阻回馈网路即从启动功能中释放出来。另外也可以根据情况 ，忽略DSTART和QSTART，採用传统的启动方法。

　　图2　交替式简化启动电路

　　摆脱两极滤波器束缚 欠压保护设计更具弹性

　　对于感测交流（AC）输入电压的 PFC 电路，大多数控制器都须搭配一个外部两极滤波器来取得RMS线电压。虽然这对线路欠压保护（也称为Brown-out保护，即电压过低保护）而言，是可接受的，但两极滤波器的慢速和低灵敏度会导致额外的线电流失真，从而妨碍利用RMS电压资讯来实现脉衝宽度调变（PWM）控制，如电压前馈。因此，理想的解决方案应能透过感测AC输入电压的峰值来获得RMS值，从而避免使用外部两极滤波器。由于 RMS 值与线电压峰值成比例，所需外部电路就从两极滤波器简化为一个简单的电阻分压器。