節能式電源拓撲詳解

世界各地有關(guān)降低電子系統能耗的各種倡議，正促使單相交流輸入電源設計人員采用更先進(jìn)的電源技術(shù)。為了獲得更高的功率級，這些倡議要求效率達到87% 及以上。由于標準反激式 （flyback） 和雙開(kāi)關(guān)正激式等傳統電源拓撲都不支持這些高效率級，所以正逐漸被軟開(kāi)關(guān)諧振和準諧振拓撲所取代。

　　工作原理

　　圖1所示為采用三種不同拓撲 （準諧振反激式拓撲、LLC諧振拓撲和使用軟開(kāi)關(guān)技術(shù)的非對稱(chēng)半橋拓撲） 的開(kāi)關(guān)的電壓和電流波形。

　　圖1：準諧振、LLC和非對稱(chēng)半橋拓撲的比較

　　輸出二極管電流降至零

　　當初級端耦合回次級端時(shí)的斜坡變化

　　體二極管導通，直到MOSFET導通

　　這三種拓撲采用了不同的技術(shù)來(lái)降低MOSFET的開(kāi)通損耗，導通損耗的計算公式如下：

　　在這一公式中，ID 為剛導通后的漏電流， VDS 為開(kāi)關(guān)上的電壓， COSSeff 為等效輸出電容值（包括雜散電容效應），tON 為導通時(shí)間，fSW 為開(kāi)關(guān)頻率。。

　　如圖1所示，準諧振拓撲中的 MOSFET 在剛導通時(shí)漏極電流為零，因為這種轉換器工作在不連續傳導模式下，故開(kāi)關(guān)損耗由導通時(shí)的電壓和開(kāi)關(guān)頻率決定。準諧振轉換器在漏電壓最小時(shí)導通，從而降低開(kāi)關(guān)損耗。這意味著(zhù)開(kāi)關(guān)頻率不恒定：在負載較輕時(shí)，第一個(gè)最小漏電壓來(lái)得比較早。以往的設計總是在第一個(gè)最小值時(shí)導通，輕負載下的效率隨開(kāi)關(guān)頻率的增加而降低，抵消了導通電壓較低的優(yōu)點(diǎn)。在飛兆半導體的e-Series? 準諧振電源開(kāi)關(guān)中，控制器只需等待最短時(shí)間 （從而設置頻率上限），然后在下一個(gè)最小值時(shí)導通 MOSFET。

　　其它拓撲都采用零電壓開(kāi)關(guān)技術(shù)。在這種情況下，上面公式里的電壓VDS將從一般約400V的總線(xiàn)電壓降至1V左右，這有效地消除了導通開(kāi)關(guān)損耗。通過(guò)讓電流反向經(jīng)體二極管流過(guò)MOSFET，再導通MOSFET，可實(shí)現零電壓開(kāi)關(guān)。二極管的壓降一般約為1V。

　　諧振轉換器通過(guò)產(chǎn)生滯后于電壓波形相位的正弦電流波形來(lái)實(shí)現零電壓開(kāi)關(guān)，而這需要在諧振網(wǎng)絡(luò )上加載方波電壓，該電壓的基頻分量促使正弦電流流動(dòng) （更高階分量一般可忽略）。通過(guò)諧振，電流滯后于電壓，從而實(shí)現零電壓開(kāi)關(guān)。諧振網(wǎng)絡(luò )的輸出通過(guò)整流提供DC輸出電壓，最常見(jiàn)的諧振網(wǎng)絡(luò )由一個(gè)帶特殊磁化電感的變壓器、一個(gè)額外的電感和一個(gè)電容構成，故名曰LLC。

　　非對稱(chēng)半橋轉換器則是通過(guò)軟開(kāi)關(guān)技術(shù)來(lái)實(shí)現零電壓開(kāi)關(guān)。這里，橋產(chǎn)生的電壓為矩形波，占空比遠低于50%。在把這個(gè)電壓加載到變壓器上之前，需要