中心議題：

• 電子產品的電源需要製造得更薄
• 實現超薄高效電源遇到的困難以及實現方法

解決方案：

• 采用封塑料機殼
  
  ，減小可聽到的噪音並降低成本
• 開發UCC28060，生產更薄
  、高效而廉價的電源
• 在UCC28060上使用直接返馳交錯式轉換PFC

dangqianyouyizhonghendadeyali
，yaoqiuwomenjiangdianzichanpinzhizaodegengbo。dianshibixuyouyuelaiyuedadepingmu，tongshihaiyaohenbo
，cainengfangbiananzhuangdaoqiangbishanghuoanfangdaorenhejiatingzhuangshihuanjingzhong。duiyuduomeitizhongxinjisuanjiheshebeideyaoqiuyeshiyiyang
，yixietiaojiatingyule、媒介存貯、視頻點播及智能化起居室的其它設備。所有產品都要實現更薄的體積：電子遊戲機
、筆記本電腦、打印機、掃描儀、複印機
、傳真機、無線電及在辦公室或家庭中需要寶貴空間任何設備。“薄”是最大的賣點


，有時也會在產品的名稱中予以強調。便攜式設備的體積也在縮小，有超薄小型的交流適配器銷售情況最好。

在zai某mou種zhong程cheng度du上shang，可ke以yi通tong過guo基ji礎chu的de機ji械xie設she計ji實shi現xian更geng薄bo的de產chan品pin。如ru果guo一yi切qie都dou擺bai在zai一yi個ge平ping麵mian上shang而er不bu是shi堆dui疊die起qi來lai，可ke以yi將jiang其qi放fang大da的de在zai寬kuan大da扁bian平ping的de外wai殼ke中zhong。這zhe種zhong風feng格ge稱cheng為wei“比薩餅盒”，因為它看起來很象2英寸高的正方形比薩餅外賣紙箱。

但(dan)要(yao)實(shi)現(xian)更(geng)薄(bo)的(de)設(she)計(ji)，就(jiu)需(xu)要(yao)所(suo)有(you)學(xue)科(ke)的(de)嚴(yan)格(ge)工(gong)程(cheng)設(she)計(ji)了(le)。為(wei)了(le)將(jiang)磁(ci)盤(pan)驅(qu)動(dong)器(qi)縮(suo)小(xiao)以(yi)適(shi)合(he)緊(jin)湊(cou)的(de)膝(xi)上(shang)型(xing)電(dian)腦(nao)，驅(qu)動(dong)盤(pan)的(de)數(shu)量(liang)必(bi)須(xu)減(jian)少(shao)，縮(suo)小(xiao)盤(pan)的(de)空(kong)隙(xi)
，用(yong)玻(bo)璃(li)盤(pan)代(dai)替(ti)鋁(lv)盤(pan)，將(jiang)電(dian)機(ji)裝(zhuang)進(jin)盤(pan)內(nei)而(er)不(bu)在(zai)是(shi)其(qi)下(xia)方(fang)。電(dian)子(zi)器(qi)件(jian)盡(jin)量(liang)縮(suo)小(xiao)並(bing)構(gou)建(jian)在(zai)超(chao)薄(bo)的(de)PC電路板上，電路板的形狀要與盤的邊角相吻合
，而不是安裝在其下方。

所有家庭與辦公室設備中的另一個較厚的組件就是電源。製造較薄的電源也是很困難的，由於許多所需元件本身就比較厚：特別是電容、電感、變壓器、風扇與散熱片。

製造較小

、較jiao薄bo的de電dian源yuan還hai有you其qi它ta一yi些xie較jiao大da的de困kun難nan。電dian源yuan效xiao率lv也ye要yao很hen高gao。為wei了le減jian小xiao可ke聽ting到dao的de噪zao音yin並bing降jiang低di成cheng本ben，取qu消xiao了le風feng扇shan與yu強qiang製zhi空kong氣qi製zhi冷leng，隻zhi用yong有you很hen少shao的de散san熱re能neng力li的de密mi封feng塑su料liao機ji殼ke。根gen據ju能neng效xiao標biao準zhun，如ru“能源之星”與“80 Plus”

，要(yao)求(qiu)電(dian)源(yuan)在(zai)全(quan)負(fu)載(zai)還(hai)是(shi)部(bu)分(fen)負(fu)載(zai)下(xia)都(dou)有(you)較(jiao)高(gao)的(de)效(xiao)率(lv)。此(ci)外(wai)，消(xiao)費(fei)電(dian)子(zi)領(ling)域(yu)的(de)激(ji)烈(lie)競(jing)爭(zheng)要(yao)求(qiu)價(jia)格(ge)不(bu)斷(duan)地(di)降(jiang)低(di)，但(dan)大(da)型(xing)電(dian)視(shi)與(yu)高(gao)性(xing)能(neng)的(de)處(chu)理(li)器(qi)需(xu)要(yao)更(geng)多(duo)的(de)功(gong)耗(hao)。

在二十世紀六十年代與七十年代，多數的電源製造商使用50Hz/60Hz電源變壓器與線性調壓器。這些電源的效率很少超過50％。而且，它們還需要電網提供在正弦波峰時非常大的峰值電流。這造成了電力線波形的失真
、電網中變壓器過熱
，最重要的是有電磁幹擾(EMI)。

在二十世紀八十年代，PC與工作站進入了辦公室。由於冷卻能力有限
，最早的PC使用開關電源和風扇。普通的PC消耗200W的功耗
，可方便地插到牆壁插座上。但計算密集型的工作站有較大磁盤驅動器，可消耗1,200W以上的功耗
，比有高峰值電流開關電源的15A電路可提供的功率大得多，線性電源就更不適合了。這些工作站是最早采用功率因數校正的。但並不是要滿足EMI或功率因數指標，而是需要較大的功耗。

一個功率因數校正器(PFC)tongchangzuoweishengyazhuanhuanqi
，houjieyigezhengxiangjiangyahuofanchidianyuanjie。ruguozhankongbishezhidedang
，youketiaozhankongbideshengyazhuanhuanqi，kechanshengxianxingdianliulaigenzongxianxingdianya。zuizaodePFC IC以固定頻率
、持續導通模式(CCM)電dian源yuan完wan成cheng升sheng壓ya功gong能neng。該gai電dian源yuan使shi用yong反fan饋kui來lai設she置zhi與yu電dian力li線xian電dian壓ya成cheng正zheng比bi的de平ping均jun輸shu入ru電dian流liu。這zhe些xie轉zhuan換huan器qi用yong於yu較jiao大da電dian感gan中zhong，降jiang低di輸shu入ru紋wen波bo電dian流liu以yi便bian於yuEMI過濾。

近來的PFC IC使用可變頻率(滯後)升壓階調節輸入電流，該升壓階工作持續導通模式與非持續導通模式的邊界，稱為過渡模式(TM)。過(guo)渡(du)模(mo)式(shi)電(dian)源(yuan)階(jie)與(yu)持(chi)續(xu)導(dao)通(tong)模(mo)式(shi)電(dian)源(yuan)階(jie)相(xiang)比(bi)有(you)多(duo)種(zhong)優(you)點(dian)。在(zai)相(xiang)同(tong)的(de)功(gong)率(lv)時(shi)，電(dian)感(gan)可(ke)以(yi)較(jiao)小(xiao)，這(zhe)樣(yang)設(she)備(bei)就(jiu)可(ke)以(yi)製(zhi)造(zao)得(de)更(geng)薄(bo)更(geng)輕(qing)
，成(cheng)本(ben)也(ye)較(jiao)低(di)。而(er)且(qie)，升(sheng)壓(ya)整(zheng)流(liu)器(qi)在(zai)零(ling)電(dian)流(liu)(零電流開關，即ZCS)時關閉
，所以可使用有較少開關能量損耗的廉價二極管。過渡模式電源階比CCM電源階需要更多的輸入濾波能力，因為電流紋波較大。但這種缺點由開關二極管降低的成本及輸入電感減小尺寸所抵消了。

過渡模式升壓PFC成功地用於300瓦的大型電源中。在較高的功率時
，功率電感過大而且也不太實際。同樣，輸入EMI濾波器也更為昂貴。

為了生產的更薄、高效而廉價的電源
，近來開發了UCC28060，在單一設備中采用兩個交錯式轉換通道TM PFC的集成電路。UCC28060充分發揮了TM的全部優勢，並利用交錯式轉換的優勢來彌補TM的缺點。例如，如圖1A與1B所示，交錯式轉換降低了輸入紋波電流，所以可以使用小得多的EMIlvboqi。jiaocuoshizhuanhuanhaijiangdileshuchubowen，keshiyongjiaoxiaodeshuchudianrong，bingnengyanchangdianrongshouming。jiaocuoshizhuanhuanhaikejiangyigedadianganfenchenglianggejiaoxiaodediangan，tigaolegonglvjibiebingshixianlechaobodefengzhuang。

如果交錯式轉換電源轉換器以50％的占空比工作
，第一相的輸入波紋完全抑製了第二相的輸入波紋，從而產生無開關成分的輸入電流，且不會產生EMI。在占空比偏離50％時
，抑製作用降低
，殘餘波紋增大(參見圖2)。然而，波紋抑製多數的優點還是實現了。

圖3A與3B顯示了兩個原型電源。圖3A是一個有正向轉換器進行輸出穩壓的單相CCM PFC及一個EMI濾波器。在此電源中，電感、大型濾波電容及散熱片體積均較大
，位於中央位置，使電源體積略為龐大。圖3B是一個兩相交錯式轉換TM PFC。交錯式轉換電源非常薄，因為電感體積縮小了，輸出濾波器電容尺寸及布局均為散熱而考慮。如果布局采用同樣的規則，交錯式轉換TM PFC也可以縮小體積。

另一種實現超薄高效電源的方法是在UCC28060上使用直接返馳交錯式轉換PFC。盡管功率級別並不太高，直接返馳交錯式轉換PFC隻使用一個電源轉換運行，所以部件數減少了，而效率提高了。如果厚度真正是最關鍵的因素，也可使用平麵磁體。

在理想情況下，一個600W電源階可以比兩個300W電源階小且便宜。實際上

，兩個300W的交錯式轉換電源階比單個600W電源階小且便宜。更重要的是，較低的電源階較薄更易於實施。典型的功率因數校正器可輕鬆地達到94％至96％的效率。對於600W係統，電源階可散發掉~30W的熱量，這對於沒有強製風冷及對流有限的機箱是非常重要的。多數的熱量在輸入電橋、電感核心及電源FET中散發掉。通過將600W係統實施為兩個300W交錯式轉換階，熱量可以分布到兩個電感

、兩個電源FET及ji兩liang個ge升sheng壓ya二er極ji管guan上shang，這zhe些xie元yuan件jian可ke安an置zhi到dao電dian源yuan的de不bu同tong位wei置zhi以yi分fen散san熱re量liang。這zhe極ji大da地di簡jian化hua了le設she計ji散san熱re片pian及ji氣qi流liu通tong道dao的de工gong作zuo，實shi現xian了le更geng薄bo更geng便bian宜yi的de電dian源yuan。

圖4顯示了實際交錯式轉換PFC前置調節器的電路圖。盡管部件數多於單階PFC，元件體積很小
、成本較低。為了提高輕負載效率

，UCC28060還采用了可編程的相管理控製，在輕負載時減為單相運行
，並在較低的負載下切換到突發運行。
 

總而言之，TM交(jiao)錯(cuo)式(shi)轉(zhuan)換(huan)結(jie)構(gou)讓(rang)新(xin)一(yi)代(dai)電(dian)源(yuan)工(gong)程(cheng)師(shi)可(ke)擺(bai)脫(tuo)厚(hou)度(du)的(de)限(xian)製(zhi)，讓(rang)客(ke)戶(hu)可(ke)將(jiang)電(dian)視(shi)掛(gua)在(zai)家(jia)裏(li)的(de)牆(qiang)壁(bi)上(shang)。有(you)相(xiang)位(wei)管(guan)理(li)功(gong)能(neng)的(de)交(jiao)錯(cuo)式(shi)轉(zhuan)換(huan)具(ju)有(you)高(gao)效(xiao)的(de)增(zeng)益(yi)，特(te)別(bie)是(shi)在(zai)輕(qing)負(fu)載(zai)下(xia)。在(zai)消(xiao)費(fei)者(zhe)能(neng)耗(hao)意(yi)識(shi)越(yue)來(lai)越(yue)強(qiang)的(de)情(qing)況(kuang)下(xia)
，這(zhe)種(zhong)電(dian)源(yuan)對(dui)工(gong)程(cheng)師(shi)更(geng)有(you)吸(xi)引(yin)力(li)。

參考資料
若要了解用UCC28060製造較薄的交錯式轉換功率因數校正器的詳細信息，請瀏覽網站：www.ti.com/sc/device/ucc28060.

作者簡介
Bob Neidorff為Texas Instruments的IC設計工程師
，他也研究高性能模擬產品。30多年來，他設計或管理設計了多種電源與模擬電路。