適配器輕載應(yīng)用，傳統(tǒng)硬開關(guān)技術(shù)因開關(guān)損耗與頻率線性相關(guān)，導(dǎo)致效率顯著下降。以某65W PD快充為例，當(dāng)輸入電壓升至265Vac且輸出功率降至10W時(shí)，采用線性頻率調(diào)制的效率從滿載的94%驟降至82%。Valley Switching(谷底切換)技術(shù)通過(guò)精準(zhǔn)捕捉開關(guān)管電壓波形的最低谷點(diǎn)觸發(fā)導(dǎo)通，將開關(guān)損耗降低60%以上，成為破解輕載效率瓶頸的核心方案。

一、技術(shù)原理：捕捉電壓波形的“黃金時(shí)刻”

Valley Switching的核心在于利用LC諧振電路的振蕩特性，使開關(guān)管在電壓波形谷底時(shí)導(dǎo)通。當(dāng)開關(guān)管關(guān)閉后，變壓器漏感與開關(guān)管結(jié)電容形成諧振回路，電壓以正弦規(guī)律衰減。通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電壓波形，控制器在第一個(gè)或第N個(gè)谷底點(diǎn)觸發(fā)導(dǎo)通，此時(shí)開關(guān)管承受的電壓最低，導(dǎo)通損耗與電壓平方成正比，因此損耗大幅降低。

以準(zhǔn)諧振反激式變換器為例，其諧振周期公式為：

Tr=2πLr?Coss其中，Lr為諧振電感，Coss為開關(guān)管輸出電容。假設(shè)諧振頻率為100kHz，則諧振周期為10μs。控制器需在10μs內(nèi)完成谷底檢測(cè)并觸發(fā)導(dǎo)通，對(duì)采樣精度與響應(yīng)速度提出極高要求。

二、實(shí)戰(zhàn)技巧：多維度優(yōu)化輕載效率

1. 混合拓?fù)湓O(shè)計(jì)：LLC+反激的“雙模式”切換

某120W筆記本適配器采用“LLC諧振+反激”混合拓?fù)洌?dāng)負(fù)載低于20%時(shí)，主控芯片關(guān)閉LLC諧振腔，轉(zhuǎn)由反激電路供電;負(fù)載恢復(fù)至30%以上時(shí)，自動(dòng)切換回LLC模式。實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)顯示，該方案使10%負(fù)載效率從78%提升至89%，同時(shí)滿足歐盟ErP Lot 6的0.5W空載功耗要求。

關(guān)鍵設(shè)計(jì)點(diǎn)：

負(fù)載閾值設(shè)定：通過(guò)實(shí)驗(yàn)確定LLC與反激模式的切換臨界點(diǎn)，避免頻繁切換導(dǎo)致的效率波動(dòng)。

無(wú)縫切換邏輯：采用硬件比較器與軟件算法結(jié)合的方式，確保模式切換時(shí)輸出電壓紋波小于50mV。

損耗平衡：反激電路在輕載時(shí)效率雖低于LLC，但其控制簡(jiǎn)單、成本低，適合低功率場(chǎng)景。

2. 智能谷底檢測(cè)：數(shù)字控制的“精準(zhǔn)打擊”

某240W電競(jìng)電源采用數(shù)字控制器，通過(guò)ADC采樣開關(guān)管電壓波形，結(jié)合算法預(yù)測(cè)下一個(gè)谷底點(diǎn)。實(shí)測(cè)表明，該方案在10%負(fù)載下效率從81%提升至87%，輸出紋波抑制比提高12dB。

實(shí)施步驟：

高速采樣：采用100MSPS的ADC，確保每個(gè)諧振周期內(nèi)采集至少10個(gè)電壓點(diǎn)。

谷底預(yù)測(cè)算法：基于歷史波形數(shù)據(jù)，通過(guò)移動(dòng)平均濾波與線性預(yù)測(cè)，提前0.5μs鎖定谷底點(diǎn)。

驅(qū)動(dòng)時(shí)序優(yōu)化：將驅(qū)動(dòng)信號(hào)延遲控制在50ns以內(nèi)，避免因時(shí)序偏差導(dǎo)致錯(cuò)過(guò)谷底。

3. 分段頻率調(diào)制：Burst模式與VS的“協(xié)同作戰(zhàn)”

針對(duì)超輕載場(chǎng)景(如待機(jī)模式)，某65W GaN快充采用“Burst模式+Valley Switching”組合策略：

Burst模式：當(dāng)負(fù)載低于5%時(shí)，開關(guān)管以低頻(如1kHz)間歇性工作，每個(gè)Burst周期內(nèi)僅導(dǎo)通1-2次，降低靜態(tài)功耗。

谷底觸發(fā)：在每個(gè)Burst周期的導(dǎo)通階段，采用谷底切換技術(shù)，進(jìn)一步壓縮開關(guān)損耗。

測(cè)試數(shù)據(jù)顯示，該方案使空載功耗從120mW降至28mW，滿足DoE Level VI標(biāo)準(zhǔn)。

三、器件選型：GaN與控制器的“黃金搭檔”

1. GaN器件：輕載損耗的“終結(jié)者”

某65W GaN快充采用E-mode GaN HEMT替代傳統(tǒng)超結(jié)MOSFET后，輕載開關(guān)損耗降低55%，10%負(fù)載效率突破90%大關(guān)。GaN器件的優(yōu)勢(shì)在于：

低結(jié)電容：Coss僅為MOSFET的1/3，諧振周期縮短，谷底檢測(cè)更精準(zhǔn)。

高開關(guān)速度：導(dǎo)通/關(guān)斷時(shí)間小于10ns，減少谷底檢測(cè)窗口的誤差。

低導(dǎo)通電阻：RDS(on)低于2mΩ，降低導(dǎo)通損耗。

2. 控制器選型：功能與成本的“平衡術(shù)”

茂睿芯MK2562系列控制器支持130kHz限頻+Valley Switching功能，在220Vac輸入、400V/4W輸出條件下，通過(guò)Burst模式與谷底檢測(cè)，使輕載效率提升8%。其關(guān)鍵特性包括：

多模式支持：兼容DCM、QR、Burst模式，適應(yīng)不同負(fù)載場(chǎng)景。

高集成度：內(nèi)置谷底檢測(cè)電路與驅(qū)動(dòng)模塊，減少外圍元件數(shù)量。

保護(hù)功能：集成過(guò)壓、過(guò)流、過(guò)溫保護(hù)，提升系統(tǒng)可靠性。

四、工程實(shí)踐：從實(shí)驗(yàn)室到量產(chǎn)的“最后一公里”

1. 參數(shù)優(yōu)化：諧振腔的“精準(zhǔn)調(diào)音”

LLC諧振變換器的效率對(duì)參數(shù)漂移極為敏感。某48V/1kW服務(wù)器電源通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)諧振腔電流波形，動(dòng)態(tài)調(diào)整開關(guān)頻率，確保系統(tǒng)始終運(yùn)行在ZVS邊界內(nèi)。實(shí)測(cè)表明，該方案使效率波動(dòng)范圍從±3%壓縮至±0.5%。

2. EMC設(shè)計(jì)：高頻噪聲的“靜音處理”

Valley Switching技術(shù)因高頻開關(guān)動(dòng)作可能引發(fā)EMI問(wèn)題。某120W適配器采用以下措施：

展頻技術(shù)：將開關(guān)頻率在±5%范圍內(nèi)隨機(jī)抖動(dòng)，降低峰值噪聲。

緩沖電路：在開關(guān)管兩端并聯(lián)RC緩沖器，吸收電壓尖峰。

屏蔽設(shè)計(jì)：變壓器采用銅箔屏蔽層，減少漏感輻射。

五、未來(lái)趨勢(shì)：從效率提升到系統(tǒng)革新

隨著GaN與SiC器件的普及，Valley Switching技術(shù)正從適配器領(lǐng)域向更高功率場(chǎng)景延伸。例如，某數(shù)據(jù)中心電源采用“LLC+全橋移相”拓?fù)?，結(jié)合Valley Switching與數(shù)字控制，實(shí)現(xiàn)98.5%的峰值效率與0.1W空載功耗。未來(lái)，隨著AI算法與傳感器技術(shù)的融合，Valley Switching將向“自適應(yīng)谷底預(yù)測(cè)”“多電平谷底切換”等方向演進(jìn)，為5G基站、電動(dòng)汽車充電樁等高耗能場(chǎng)景提供更高效的能源解決方案。

結(jié)語(yǔ)

Valley Switching技術(shù)通過(guò)捕捉電壓波形的“黃金時(shí)刻”，為適配器輕載效率提升開辟了新路徑。從混合拓?fù)湓O(shè)計(jì)到智能谷底檢測(cè)，從GaN器件選型到EMC優(yōu)化，工程實(shí)踐中的每一個(gè)細(xì)節(jié)都決定著技術(shù)的最終表現(xiàn)。隨著技術(shù)的不斷成熟，Valley Switching將成為未來(lái)電源設(shè)計(jì)的“標(biāo)配”，推動(dòng)能源利用向更高效率、更低損耗的方向邁進(jìn)。