節能式電源拓撲詳解

　　世界各地有關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的電源技術。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，所以正逐漸被軟開關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技術的非對稱半橋拓撲） 的開關的電壓和電流波形。

　　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

　　當初級端耦合回次級端時的斜坡變化

　　體二極管導通，直到MOSFET導通

　　這三種拓撲采用了不同的技術來降低MOSFET的開通損耗，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 為開關上的電壓， COSSeff 為等效輸出電容值（包括雜散電容效應），tON 為導通時間，fSW 為開關頻率。。

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

　　其它拓撲都采用零電壓開關技術。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，這有效地消除了導通開關損耗。通過讓電流反向經體二極管流過MOSFET，再導通MOSFET，可實現零電壓開關。二極管的壓降一般約為1V。

　　諧振轉換器通過產生滯后于電壓波形相位的正弦電流波形來實現零電壓開關，而這需要在諧振網絡上加載方波電壓，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，從而實現零電壓開關。諧振網絡的輸出通過整流提供DC輸出電壓，最常見的諧振網絡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成，故名曰LLC。

　　非對稱半橋轉換器則是通過軟開關技術來實現零電壓開關。這里，橋產生的電壓為矩形波，占空比遠低于50%。在把這個電壓加載到變壓器上之前，需要一個耦合電容來消除其中的DC分量，而該電容還作為額外的能量存儲單元。當兩個MOSFET都被關斷時，變壓器的漏電感中的能量促使半橋的電壓極性反轉。這種電壓擺幅最終被突然出現初級電流的相關MOSFET體二極管鉗制。