節(jié)能式電源拓撲詳解

世界各地有關(guān)降低電子系統(tǒng)能耗的各種倡議，正促使單相交流輸入電源設(shè)計人員采用更先進的電源技術(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） 和雙開關(guān)正激式等傳統(tǒng)電源拓撲都不支持這些高效率級，所以正逐漸被軟開關(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關(guān)技術(shù)的非對稱半橋拓撲） 的開關(guān)的電壓和電流波形。

　　圖1：準諧振、LLC和非對稱半橋拓撲的比較

　　輸出二極管電流降至零

　　當(dāng)初級端耦合回次級端時的斜坡變化

　　體二極管導(dǎo)通，直到MOSFET導(dǎo)通

　　這三種拓撲采用了不同的技術(shù)來降低MOSFET的開通損耗，導(dǎo)通損耗的計算公式如下：

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

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

　　其它拓撲都采用零電壓開關(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的總線電壓降至1V左右，這有效地消除了導(dǎo)通開關(guān)損耗。通過讓電流反向經(jīng)體二極管流過MOSFET，再導(dǎo)通MOSFET，可實現(xiàn)零電壓開關(guān)。二極管的壓降一般約為1V。

　　諧振轉(zhuǎn)換器通過產(chǎn)生滯后于電壓波形相位的正弦電流波形來實現(xiàn)零電壓開關(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 （更高階分量一般可忽略）。通過諧振，電流滯后于電壓，從而實現(xiàn)零電壓開關(guān)。諧振網(wǎng)絡(luò)的輸出通過整流提供DC輸出電壓，最常見的諧振網(wǎng)絡(luò)由一個帶特殊磁化電感的變壓器、一個額外的電感和一個電容構(gòu)成，故名曰LLC。

　　非對稱半橋轉(zhuǎn)換器則是通過軟開關(guān)技術(shù)來實現(xiàn)零電壓開關(guān)。這里，橋產(chǎn)生的電壓為矩形波，占空比遠低于50%。在把這個電壓加載到變壓器上之前，需要