RDFC――低成本單電壓輸入開關(guān)電源

離線式 AC/DC 電源廠商日益感受到成本增加的壓力,必須停止生產(chǎn)體積大、效率低的線性電源轉(zhuǎn)換器,并以結(jié)構(gòu)更小、更輕及效率更高的開關(guān)電源(SMPS)產(chǎn)品來取代。

反激式(Flyback)及自激式轉(zhuǎn)換器(Ringing choke converter, RCC)是兩種最常用的SMPS產(chǎn)品,適合用于全區(qū)域輸入充電器和適配器。它們能滿足市場對于節(jié)能的需求,但是從商業(yè)角度來說,對于特定市場的低價且量產(chǎn)的產(chǎn)品來說,并不是線性電源理想的替代方案。反激式及自激式轉(zhuǎn)換器被公認為是成本昂貴,且設(shè)計線路更為復(fù)雜的解決方案。特別是在音響、無繩電話和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等需要額外濾波電路的應(yīng)用上,更需要高水平的設(shè)計能力。因此,許多消費電子制造商并不愿意引入SMPS拓樸。

不過,新型單開關(guān)組件的諧振非連續(xù)正激式轉(zhuǎn)換器(Resonant Discontinuous Forward Converter, RDFC)拓樸的出現(xiàn),會讓制造商愿意重新審視他們的決定。這個新方案為耗電量低于60W的設(shè)備與低成本SMPS結(jié)構(gòu)之間搭起了一座橋梁,它能夠提供高效率、低待機功耗且小尺寸的SMPS拓樸結(jié)構(gòu),而其電路設(shè)計更為簡單,且系統(tǒng)成本與同等級的線性電源轉(zhuǎn)換器差不多或更低。

這項技術(shù)提供了更具有成本效益的方法,并可通過以下特點來增加SMPS拓樸的效能：

·諧振轉(zhuǎn)換時產(chǎn)生很低的EMI：這個方法最適合用在音響及其它對EMI要求嚴格的應(yīng)用,反激式設(shè)計需要復(fù)雜的次級濾波電路,以符合低EMI的要求。

·零電壓切換：提供更高的電源轉(zhuǎn)換效率,遠優(yōu)于現(xiàn)有能源之星(Energy Star)或其它監(jiān)管機構(gòu)的要求標準。

· 使用成本低廉的三極管電源開關(guān)：一般而言,三極管電源開關(guān)的成本只有反激式SMPS拓樸中所使用的快速MOSFET開關(guān)價格的25%~30%。然而這種結(jié)構(gòu)也有其設(shè)計難點,如需要開發(fā)新的精密混合信號控制器,確保電源供應(yīng),不管負載如何變化,都可以一直以最佳效率運行,且平均電源轉(zhuǎn)換效率超過80%,無負載功耗低于100 mW。

RDFC-低成本開關(guān)電源

如同反激式技術(shù)一樣,正激式轉(zhuǎn)換器在超過100W的AC/DC離線式電源方面仍然是非常受歡迎的結(jié)構(gòu);由于在適配器鐵氧體芯內(nèi)不存儲能量,與反激式技術(shù)相比,在鐵芯的尺寸上縮小了許多。然而此方法沒有用在較低的電源應(yīng)用上,這是因為在傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的應(yīng)用中,需要配有輸出扼流圈和續(xù)流二極管(Free Wheel Diode, FWD)才能運作。

諧振非連續(xù)正激式不僅具有適配器鐵芯較小的優(yōu)點,同時也不需要輸出扼流圈和續(xù)流二極管,對于6W~60W的市場,此方案更具有商業(yè)吸引力。RDFC的簡化電路如圖1所示。 次級側(cè)電路中只有一個正向二極管和輸出電容器,加上初級側(cè)電感和諧振電容所形成的諧振電路與開關(guān)。

圖1 RDFC拓撲的簡化電路圖