【導(dǎo)讀】在電機(jī)、電磁閥等感性負(fù)載啟動或切換、通訊設(shè)備數(shù)據(jù)收發(fā)突發(fā)會呈現(xiàn)峰值功率瞬時攀升的現(xiàn)象，此時負(fù)載功耗會遠(yuǎn)大于其額定功率（3~4倍或更大），且持續(xù)的時間較短，幾十毫秒到幾秒，隨后進(jìn)入穩(wěn)定的狀態(tài)恢復(fù)至額定功率。傳統(tǒng)的電源模塊在檢測到過功率狀態(tài)后為避免內(nèi)部半導(dǎo)體器件電流超過設(shè)定值、磁芯器件飽和造成電源失效而進(jìn)行保護(hù)關(guān)閉輸出，為此不能滿足負(fù)載對數(shù)倍瞬態(tài)峰值功率的要求。
如果僅將額定功率設(shè)計到過功率基準(zhǔn)線，以滿足瞬態(tài)過功率的方案，則會帶來制造成本、電源體積的大幅度攀升。同時在實(shí)際應(yīng)用中電源模塊長期處于額定功率負(fù)荷以下，其能量使用率過低，即設(shè)計的冗余過大，資源被閑置浪費(fèi)。
下文將介紹業(yè)界三種主流的技術(shù)方案，扼要闡述三者的工作原理，并比較的它們的優(yōu)劣勢。
1、瞬態(tài)過功率電源模塊需滿足以下幾點(diǎn)
（1）過功率狀態(tài)正常工作
區(qū)別于常規(guī)的電源模塊，當(dāng)檢測到負(fù)載過功率時，瞬態(tài)過功率電源會進(jìn)入預(yù)設(shè)過功率模式，可短時提供3~4倍額定工作功率，并保持輸出穩(wěn)定；
（2）不影響穩(wěn)態(tài)正常工作
在正常情況下，瞬態(tài)過功率電源輸出額定功率，與常規(guī)電源模塊一致；
（3）滿足過功率狀態(tài)的暫態(tài)需求而不大幅度增加體積、成本。
2、業(yè)界主流瞬態(tài)過功率技術(shù)方案
（1）非線性磁性器件（變壓器）
反激電路正常工作時，磁芯的磁通范圍位于最大磁通BMax以內(nèi)，當(dāng)負(fù)載從輕載切換至重載或過載（瞬態(tài)過功率）時，開關(guān)管會以最大占空比導(dǎo)通，變壓器容易進(jìn)入飽和狀態(tài)，導(dǎo)致工作異?；蚴?。一般可通過給變壓器增加氣隙的方法來解決，但同時也存在漏感大、效率低等問題。此時可通過改變磁芯結(jié)構(gòu)，如圖1中所示，使B-H曲線呈非線性，隨著輸出功率增加，變壓器氣隙有效距離增加，變壓器抗飽和能力增強(qiáng)。使變壓器在不同工作功率下（尤其是過功率狀態(tài)）不易飽和，滿足不同功率段對變壓器的需求，同時不會顯著增加變壓器體積。
工作原理：輸出功率P↑→氣隙部分飽和→氣隙有效長度lg↑→H↓→B↓→增加了抗飽和能力→ 氣隙有效長度lg↑→Lp↓→P↑增加輸出功率。
優(yōu)點(diǎn)：無需使用復(fù)雜的控制策略，可實(shí)現(xiàn)過功率＞3倍。
缺點(diǎn)：磁芯氣隙研磨工藝的難以保持一致性；臺階氣隙的參數(shù)與過功率倍數(shù)的關(guān)系呈非線性需要繁瑣的調(diào)試步驟。
（2）頻率控制
目前反激控制方法主要有PWM控制、PFM控制、PWM+PFM控制等，在全負(fù)載范圍內(nèi)，功率變換器進(jìn)入不同模式以保持較高的轉(zhuǎn)換效率和控制精度。瞬態(tài)過功率技術(shù)在上述控制方法的基礎(chǔ)上加入了峰值功率模式，當(dāng)負(fù)載從輕載切換至重載或過載（瞬態(tài)過功率）時，進(jìn)入峰值功率模式，快速增加開關(guān)頻率，而輸出功率與開關(guān)頻率成正比，可以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的過功率輸出。同時在一個周期內(nèi)導(dǎo)通時間縮短，磁通密度的變化量（即變壓器磁滯回線的變化）減小，可避免變壓器的飽和。為避免長期工作在過功率狀態(tài)，系統(tǒng)還加入了定時功能，當(dāng)峰值負(fù)載發(fā)生且持續(xù)時間超過最大允許時間，可自動關(guān)閉PWM信號。
工作原理：由等式P=1/2 * f * IP 2 * LP * η，可推導(dǎo)頻率f↑→Pin↑→Pout↑→增加輸出功率，如圖2所示。
優(yōu)點(diǎn)：調(diào)頻控制策略容易實(shí)現(xiàn)，相對方案3較為簡單。
缺點(diǎn)：功率提升有限，通常小于3倍。
（3）頻率控制+調(diào)節(jié)限流點(diǎn)
在峰值電流控制模式下，通過提升初級側(cè)限流點(diǎn)，可以增加單位開關(guān)周期內(nèi)輸入系統(tǒng)的能量，從而提高輸出功率。同時結(jié)合上述峰值功率模式提高工作頻率，可進(jìn)一步提升峰值功率輸出能力，實(shí)現(xiàn)瞬態(tài)過功率。同樣可加入定時關(guān)斷功能，避免系統(tǒng)長期工作在過功率狀態(tài)。
通過協(xié)同調(diào)整限流點(diǎn)及頻率控制，更好達(dá)到過功率狀態(tài)。
工作原理：調(diào)整頻率——頻率f↑→Pin↑→Pout↑→輸出功率↑；
調(diào)整限點(diǎn)Ipp↑→Pin↑→Pout↑→輸出功率↑。
優(yōu)點(diǎn)：過功率＞3倍，過功率時間可通過控制策略設(shè)定。
缺點(diǎn)：需要復(fù)雜的控制策略，需準(zhǔn)確判斷實(shí)時功率并調(diào)整頻率及限流點(diǎn)。
3、總結(jié)
采用瞬態(tài)過功率技術(shù)，在控制電源模塊產(chǎn)品體積、成本的前提下，非線性磁性器件、頻率控制、頻率控制+調(diào)節(jié)限流點(diǎn)等技術(shù)方案可短時間實(shí)現(xiàn)數(shù)倍峰值功率輸出，同時不會影響到產(chǎn)品正常穩(wěn)態(tài)下的工作，同時使產(chǎn)品并具備完善的保護(hù)功能，能很好滿足實(shí)際應(yīng)用需求。
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