【導讀】在電機、電磁閥等感性負載啟動(dòng)或切換、通訊設備數據收發(fā)突發(fā)會(huì )呈現峰值功率瞬時(shí)攀升的現象，此時(shí)負載功耗會(huì )遠大于其額定功率（3~4倍或更大），且持續的時(shí)間較短，幾十毫秒到幾秒，隨后進(jìn)入穩定的狀態(tài)恢復至額定功率。傳統的電源模塊在檢測到過(guò)功率狀態(tài)后為避免內部半導體器件電流超過(guò)設定值、磁芯器件飽和造成電源失效而進(jìn)行保護關(guān)閉輸出，為此不能滿(mǎn)足負載對數倍瞬態(tài)峰值功率的要求。
如果僅將額定功率設計到過(guò)功率基準線(xiàn)，以滿(mǎn)足瞬態(tài)過(guò)功率的方案，則會(huì )帶來(lái)制造成本、電源體積的大幅度攀升。同時(shí)在實(shí)際應用中電源模塊長(cháng)期處于額定功率負荷以下，其能量使用率過(guò)低，即設計的冗余過(guò)大，資源被閑置浪費。
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(guò)功率電源模塊需滿(mǎn)足以下幾點(diǎn)
（1）過(guò)功率狀態(tài)正常工作
區別于常規的電源模塊，當檢測到負載過(guò)功率時(shí)，瞬態(tài)過(guò)功率電源會(huì )進(jìn)入預設過(guò)功率模式，可短時(shí)提供3~4倍額定工作功率，并保持輸出穩定；
（2）不影響穩態(tài)正常工作
在正常情況下，瞬態(tài)過(guò)功率電源輸出額定功率，與常規電源模塊一致；
（3）滿(mǎn)足過(guò)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(guò)功率技術(shù)方案
（1）非線(xiàn)性磁性器件（變壓器）
反激電路正常工作時(shí)，磁芯的磁通范圍位于最大磁通BMax以?xún)?，當負載從輕載切換至重載或過(guò)載（瞬態(tài)過(guò)功率）時(shí)，開(kāi)關(guān)管會(huì )以最大占空比導通，變壓器容易進(jìn)入飽和狀態(tài)，導致工作異?；蚴?。一般可通過(guò)給變壓器增加氣隙的方法來(lái)解決，但同時(shí)也存在漏感大、效率低等問(wèn)題。此時(shí)可通過(guò)改變磁芯結構，如圖1中所示，使B-H曲線(xiàn)呈非線(xiàn)性，隨著(zhù)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。使變壓器在不同工作功率下（尤其是過(guò)功率狀態(tài)）不易飽和，滿(mǎn)足不同功率段對變壓器的需求，同時(shí)不會(huì )顯著(zhù)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(cháng)度lg↑→H↓→B↓→增加了抗飽和能力→ 氣隙有效長(cháng)度lg↑→Lp↓→P↑增加輸出功率。
優(yōu)點(diǎn)：無(wú)需使用復雜的控制策略，可實(shí)現過(guò)功率＞3倍。
缺點(diǎn)：磁芯氣隙研磨工藝的難以保持一致性；臺階氣隙的參數與過(guò)功率倍數的關(guān)系呈非線(xiàn)性需要繁瑣的調試步驟。
（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，在全負載范圍內，功率變換器進(jìn)入不同模式以保持較高的轉換效率和控制精度。瞬態(tài)過(guò)功率技術(shù)在上述控制方法的基礎上加入了峰值功率模式，當負載從輕載切換至重載或過(guò)載（瞬態(tài)過(guò)功率）時(shí)，進(jìn)入峰值功率模式，快速增加開(kāi)關(guān)頻率，而輸出功率與開(kāi)關(guān)頻率成正比，可以實(shí)現穩定的過(guò)功率輸出。同時(shí)在一個(gè)周期內導通時(shí)間縮短，磁通密度的變化量（即變壓器磁滯回線(xiàn)的變化）減小，可避免變壓器的飽和。為避免長(cháng)期工作在過(guò)功率狀態(tài)，系統還加入了定時(shí)功能，當峰值負載發(fā)生且持續時(shí)間超過(guò)最大允許時(shí)間，可自動(dòng)關(guān)閉PWM信號。
工作原理：由等式P=1/2 * f * IP 2 * LP * η，可推導頻率f↑→Pin↑→Pout↑→增加輸出功率，如圖2所示。
優(yōu)點(diǎn)：調頻控制策略容易實(shí)現，相對方案3較為簡(jiǎn)單。
缺點(diǎn)：功率提升有限，通常小于3倍。
（3）頻率控制+調節限流點(diǎn)
在峰值電流控制模式下，通過(guò)提升初級側限流點(diǎn)，可以增加單位開(kāi)關(guān)周期內輸入系統的能量，從而提高輸出功率。同時(shí)結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)現瞬態(tài)過(guò)功率。同樣可加入定時(shí)關(guān)斷功能，避免系統長(cháng)期工作在過(guò)功率狀態(tài)。
通過(guò)協(xié)同調整限流點(diǎn)及頻率控制，更好達到過(guò)功率狀態(tài)。
工作原理：調整頻率——頻率f↑→Pin↑→Pout↑→輸出功率↑；
調整限點(diǎn)Ipp↑→Pin↑→Pout↑→輸出功率↑。
優(yōu)點(diǎn)：過(guò)功率＞3倍，過(guò)功率時(shí)間可通過(guò)控制策略設定。
缺點(diǎn)：需要復雜的控制策略，需準確判斷實(shí)時(shí)功率并調整頻率及限流點(diǎn)。
3、總結
采用瞬態(tài)過(guò)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(xiàn)性磁性器件、頻率控制、頻率控制+調節限流點(diǎn)等技術(shù)方案可短時(shí)間實(shí)現數倍峰值功率輸出，同時(shí)不會(huì )影響到產(chǎn)品正常穩態(tài)下的工作，同時(shí)使產(chǎn)品并具備完善的保護功能，能很好滿(mǎn)足實(shí)際應用需求。
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