過去數(shù)十年中,，傳統(tǒng)的模擬和脈寬調(diào)制（PWM）功率轉(zhuǎn)換器完全能滿足電源設(shè)計的要求，但近來似乎遇到了困難,。為了使轉(zhuǎn)換效率那怕提高1％,，也需要在拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),、相關(guān)元器件和電路設(shè)計等方面做出重大改進。在系統(tǒng)和市場需求不斷推陳出新的壓力下,，電源設(shè)計師們開始尋求一種能在各種工頻和負(fù)載條件下都更靈活,、更可靠且性能更出色的產(chǎn)品，當(dāng)然希望能在不增加成本的前提下,，獲得這一切,。
利用半導(dǎo)體先鋒iWattInc公司研發(fā)的數(shù)字技術(shù)，一種新型的功率轉(zhuǎn)換控制器不僅能做到這些,，而且使電源具有了前所未有的靈活性和可編程能力,，這是傳統(tǒng)PWM和其它模擬方法所無法實現(xiàn)的。這些控制器能顯著改善AC/DC和DC/DC功率轉(zhuǎn)換方案的整機成本和性能,，包括隔離和直接耦合轉(zhuǎn)換器,。
iWattInc公司開發(fā)了一種名為“pulse Train”的專利穩(wěn)壓技術(shù)。應(yīng)用這一新技術(shù),，iWatt公司推出了一系列新的數(shù)字化開關(guān)電源（SMPS）控制器,。iWatt公司希望這些新產(chǎn)品能克服老式技術(shù)的各種缺點，為電源設(shè)計數(shù)字化鋪平道路,。
測試表明,，對于帶有源功率因數(shù)校正（PFC）電路的60W單級單開關(guān)AC/DC轉(zhuǎn)換器，在85～265V整個工頻電壓范圍內(nèi),，新的數(shù)字化控制器在各種負(fù)載條件下的效率高達80％至89％,。如圖1所示。此數(shù)字化控制器具有無需光耦器件,；只用初級反饋進行控制而無需反饋電路補償,；以及能適應(yīng)任何拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的電源等優(yōu)點,。
圖1 電源效率
采用PWM控制器的電源在輕負(fù)載時效率和穩(wěn)定性通常將明顯降低。pulse Train技術(shù)由于無需昂貴的光耦器件和相關(guān)元器件,，使得電源更便宜,、更輕便。與模擬產(chǎn)品不同,，這種數(shù)字方案還為250W以下的AC/DC應(yīng)用提供了內(nèi)建的有源PFC特性,。
pulse Train技術(shù)的特點是采用了一對脈沖發(fā)生器（一個功率脈沖發(fā)生器和一個檢測脈沖發(fā)生器）。此方案中,，功率脈沖用于變壓器至負(fù)載的能量傳遞,，而檢測脈沖用于監(jiān)測負(fù)載電壓，優(yōu)化程序用于設(shè)定脈沖的開通和關(guān)斷時間,。脈沖比控制器（PRC）利用初級反饋,，通過逐脈沖選通固定寬度和固定周期的功率脈沖來實現(xiàn)穩(wěn)壓。如圖2所示,。
圖2 脈沖比控制（PRC）示意圖
iWatt首席技術(shù)官Mark Telefus解釋道,，在傳統(tǒng)的模擬PWM或脈沖頻率調(diào)制（PFM）轉(zhuǎn)換器中，每個功率脈沖的大小是根據(jù)能使輸出電壓正好符合目標(biāo)來決定的,。與此不同,，pulseTrain轉(zhuǎn)換器的工作更象是數(shù)字化“開關(guān)式”伺服系統(tǒng)。pulse Train每個周期對二進制誤差信號取樣,，來確定是否發(fā)出功率脈沖,，使輸出電壓朝目標(biāo)方向變動。因此,，輸出電壓被限定在目標(biāo)電壓附近很窄的范圍內(nèi),。對各種實際應(yīng)用而言，它比傳統(tǒng)模擬穩(wěn)壓器的紋波更小,。
從本質(zhì)上講,，數(shù)字化pulse Train是通過發(fā)出或封鎖功率脈沖來控制輸出電壓的。例如,，輸出電壓低于設(shè)定電平時,，脈沖發(fā)生器就會連續(xù)發(fā)出功率脈沖，直到達到所需電平,。同樣地,，如果輸出電壓高于所需的電平，它就發(fā)出檢測脈沖而不是功率脈沖,。檢測脈沖的開通時間比功率脈沖短得多,，傳遞的能量也少得多。如圖3所示,。
圖3 功率脈沖控制輸出電壓
有趣的是,，此技術(shù)還能從穩(wěn)壓過程中分離脈沖形狀,。這樣，我們就可以獨立設(shè)置開通和關(guān)斷時間,，來實現(xiàn)各種系統(tǒng)優(yōu)化,。關(guān)斷時間可設(shè)置為確保當(dāng)在次級電流降為零時，反激式轉(zhuǎn)換器中的開關(guān)才開通,。另一方面,，開通時間可設(shè)置為確保峰值初級電流保持恒定?？傊?，這些優(yōu)化會使電源轉(zhuǎn)換器在整個工頻電壓和負(fù)載范圍內(nèi)產(chǎn)生更高效的響應(yīng)。
iWatt公司針對各種不同AC/DC和DC/DC轉(zhuǎn)換應(yīng)用,，開發(fā)出了三種實現(xiàn)pulse Train技術(shù)的芯片，并在其中集成了其它一些功能,，如控制邏輯,、波形分析儀、多路復(fù)用器,、穩(wěn)壓器及驅(qū)動器等,。iW2101是隔離DC/DC控制器芯片，iW2201為AC/DC控制器芯片,，iW2202為內(nèi)帶有源PFC電路的單片式AC/DC控制器,。
與使用復(fù)雜電路和普通PWM控制器的其它PFC方案不同，iW2202的PFC和穩(wěn)壓都由單級單開關(guān)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中的初級反饋提供,。如圖4所示,。在相同應(yīng)用中，其它PFC方案都會使大電容兩端電壓超過1000V,，而iW2202方案不超過400V,。這不僅能降低元器件的應(yīng)力，提高可靠性,，并能以更低成本實現(xiàn)更高性能的系統(tǒng),。
圖4 典型應(yīng)用電路
測量結(jié)果表明，120V交流輸入時,，使用iW2202的單級有源PFC轉(zhuǎn)換器的PF可達0.98,，并提供輸出電流3.0A的19.0V直流輸出。高效率和高功率因數(shù)的組合,，使設(shè)計能滿足EN61000-3-2規(guī)定的諧波失真指標(biāo)和BlueAngel規(guī)定的空載功耗標(biāo)準(zhǔn),。
在整個工頻電壓和負(fù)載變化的范圍內(nèi)該設(shè)計不僅使輸出調(diào)整率小于±1％，而且其動態(tài)響應(yīng)比傳統(tǒng)電路快近5倍,。iW2202適用于AC85～270V,、50～60Hz的通用工頻電壓,。
iWatt公司正在致力于將其新技術(shù)延伸到可編程開關(guān)穩(wěn)壓器（PSR）中。iWatt公司正在研發(fā)的多路輸出PSR能綜合各種功率轉(zhuǎn)換和管理功能,，而適用于向PDA,、數(shù)碼相機和其它手持產(chǎn)品等移動設(shè)備供電。此外,，它還能與系統(tǒng)內(nèi)的主機處理器對話,。
iWatt公司采用0.6μm CMOS工藝完成的首批三種集成數(shù)字化SMPS控制器樣品，包括iW2101隔離DC/DC控制器,、iW2201AC/DC控制器以及帶PFC的AC/DC控制器iW2202,。這三種器件均采用8引腳小型IC封裝。iW2202于2002年1月投產(chǎn),，其它兩種有望隨后開始批量生產(chǎn),。
10000片批量iW2202的單價為35美元
