電源拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)應(yīng)該如何選擇？

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(jì)人員采用更先進(jìn)的電源技術(shù)。為了獲得更高的功率級(jí)，這些倡議要求效率達(dá)到87%及以上。由于標(biāo)準(zhǔn)反激式(flyback)和雙開關(guān)正激式等傳統(tǒng)電源拓?fù)涠疾恢С诌@些高效率級(jí)，所以正逐漸被軟開關(guān)諧振和準(zhǔn)諧振拓?fù)渌〈?/p>

工作原理

圖1所示為采用三種不同拓?fù)?準(zhǔn)諧振反激式拓?fù)洹LC諧振拓?fù)浜褪褂密涢_關(guān)技術(shù)的非對(duì)稱半橋拓?fù)?的開關(guān)的電壓和電流波形。

圖1：準(zhǔn)諧振、LLC和非對(duì)稱半橋拓?fù)涞谋容^

輸出二極管電流降至零

當(dāng)初級(jí)端耦合回次級(jí)端時(shí)的斜坡變化

體二極管導(dǎo)通，直到MOSFET導(dǎo)通

這三種拓?fù)洳捎昧瞬煌募夹g(shù)來降低MOSFET的開通損耗，導(dǎo)通損耗的計(jì)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(shí)間，fSW為開關(guān)頻率。.

如圖1所示，準(zhǔn)諧振拓?fù)渲械腗OSFET在剛導(dǎo)通時(shí)漏極電流為零，因?yàn)檫@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(shí)的電壓和開關(guān)頻率決定。準(zhǔn)諧振轉(zhuǎn)換器在漏電壓最小時(shí)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(fù)載較輕時(shí)，第一個(gè)最小漏電壓來得比較早。以往的設(shè)計(jì)總是在第一個(gè)最小值時(shí)導(dǎo)通，輕負(fù)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(diǎn)。在飛兆半導(dǎo)體的e-Series??準(zhǔn)諧振電源開關(guān)中，控制器只需等待最短時(shí)間(從而設(shè)置頻率上限)，然后在下一個(gè)最小值時(shí)導(dǎo)通MOSFET。

其它拓?fù)涠疾捎昧汶妷洪_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(shí)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(shí)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(dòng)(更高階分量一般可忽略)。通過諧振，電流滯后于電壓，從而實(shí)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(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(gòu)成，故名曰LLC。

非對(duì)稱半橋轉(zhuǎn)換器則是通過軟開關(guān)技術(shù)來實(shí)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(yuǎn)低于50%。在把這個(gè)電壓加載到變壓器上之前，需要一個(gè)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(chǔ)單元。當(dāng)兩個(gè)MOSFET都被關(guān)斷時(shí)，變壓器的漏電感中的能量促使半橋的電壓極性反轉(zhuǎn)。這種電壓擺幅最終被突然出現(xiàn)初級(jí)電流的相關(guān)MOSFET體二極管鉗制。