自动效率增强AEE提高了电压降压转换器的效率

　一款名为自动效率增强 （AEE） 的全新 电源转换方法，可以以较低的输出电压提高平板 电脑、服务器和固态硬盘等系统的电源效率。
　　每个电源设计人员面临的一个常见挑战就是用具有较低输出电压的 降压转换器来实现高效率。例如，一个3.3V输出电压电源在满负载情况下的效率可以达到91%，而1.8V版本的电源满负载情况下的效率只有84%。这个效率的下降产生了比其它方式更高的运行温度。而对于便携式系统来说，这浪费了过多的电池电量。对于包含了这些电源的平板电脑、服务器，或者固态硬盘 （S SD） 的用户来说，过热的运行温度或者较短的电池续航时间显然是无法接受的。
　　需要一款全新的电源转换方法在任何的输出电压下都保持高效率。作为此类方法中的一个，自动效率增强 （AEE） 在这种类型的系统中，以较低的输出电压提供较高效率。
　　效率为什么会下降？
　　较低输出电压情况下的效率下降与输出功率的减少量直接相关，而此时的功率损耗并没有相应地减少。在一个降压转换器中，损耗被分为开关损耗与传导损耗。开关损耗大多数情况下取决于输入电压、输出 电流，以及开关频率。传导损耗则与输出电流和 MOSFET 电阻有关。由于输出电压并不是损耗量多少的主要决定因素，损耗的减少量要低于输出功率的减少量。
　　较低的输出电压意味着更少的输出功率，而输出功率为输出电流乘以输出电压。由于效率被定义为输出功率除以输出功率与损耗的和，较低的效率是由较低的输出功率造成的—不过此时的损耗相同。
　　例如，提供6A输出电流、功率损耗2W的3.3V输出电压电源产生的效率达到91%。同样配置为1.8V输出电压的电源产生的损耗同样为2W。由于输出功率减少了，所以这个电源的效率为84%。当配置为0.9V输出时，2W的损耗只产生73%的效率。由于开关频率、MOSFET电阻、输出电流，以及输入电压在这个比较中保持恒定，所以损耗大致相同，而效率分别下降了7%和18%。
　　两个效率更高的解决方案
　　输入电压和输出电流由系统和负载确定；因此，它们是不能轻易改变的。电源设计人员需要降低开关频率，或者是调节MOSFET电阻，以便在较低的输出电压情况下获得更高效率。
　　通常情况下，由于目前大多数的降压转换器内部都集成了高侧和低侧MOSFET，电源设计人员不太可能调节电阻值。虽然有可能使用多个降压转换器 集成电路（ IC） —每一个都针对特定的输出电压进行优化—而这对于 IC设计来说通常不太现实。因此，市面上通常没有此类器件。它还在物料清单 （BOM） 中产生了更多的IC，这也使系统设计变得复杂。
　　降低开关频率可减少开关损耗并增加效率。在很多集成降压转换器中，有可能对频率进行调节。然而，调节开关频率通常需要重新计算输出 滤波器和环路补偿电路。这就需要更多的设计工作和时间，对于系统中的不同输出电压电路，有可能需要不同的组件。而这样做也同样会增加BOM数量。
　　用AEE对开关频率进行 智能调节
　　在不需要设计人员干预的情况下，AEE在使用同样的输出滤波器和环路补偿的情况下，通过调节开关频率来提高效率。根据输入电压与输出电压，对开关频率进行自动调节，在保持控制环路稳定性和输出滤波器有效性的同时，尽可能地提高效率。无需将频率设定在一个只针对特定运行条件而进行优化的运行点上；运行期间，它对自身进行动态调节。图1显示的是针对3.3、1.8、0.9V输出电压电路的开关频率，这些电路的负载电流为6A，输入电压范围在6至15V之间。

　　诸如TPS62180的2相位降压转换器根据输入电压与输出电压，使用AEE来调节开关频率。
　　为了实现更低的输出电压，开关频率被减少，以便在 电感器中保持适当的纹波电流数量。在更加常见的峰值电流限制类型的降压转换器IC中，峰值电感器电流定义了IC的可用输出电流。
　　在IC内部设定了固定的电流限值时，峰值电感器电流必须保持在满输出电流时的电流限制电平以下。由于峰值电感器电流为输出电流加上电感器纹波电流的一半，纹波电流必须保持在足够低的水平上。否则，会过快地达到电流限值，并且IC不能够提供必要的输出电流。
　　借助较低的输出电压，从方程式1中可以看出，电感器纹波电流已经减少：
　　ΔIL = VOUT×（1–VOUT/VIN）/（L×FSW） （1）
　　由于纹波电流的减少，开关频率也随着输出电压的下降而减少，从而将纹波电流增加到允许的水平上。图2显示的是从图1中的频率数据和方程式1中计算得出的电感器纹波电流。