为节能式电源选择正确的拓扑

世界各地有关减少电子系统能耗的各种倡议，于是以促成单相交流输出电源设计人员使用更加先进设备的电源技术。为了取得更高的功率级，这些倡议拒绝效率超过87%及以上。由于标准反激式（flyback）和双电源正激式等传统电源流形都不反对这些高效率级，所以于是以渐渐被软电源谐振和定谐振流形所代替。

　　工作原理　　图1右图为使用三种有所不同流形（定谐振反激式流形、LLC谐振流形和用于硬电源技术的非对称半桥流形）的电源的电压和电流波形。　　　　图1：定谐振、LLC和非对称半桥流形的较为　　输入二极管电流降到零　　当初级末端耦合返次级端时的斜坡变化　　体二极管导通，直到MOSFET导通　　　　这三种流形使用了有所不同的技术来减少MOSFET的通车损耗，导通损耗的计算公式如下：　　　　在这一公式中，ID为刚导通后的漏电流，VDS为电源上的电压，COSSeff为等效输入电容值（还包括杂散电容效应），tON为导通时间，fSW为电源频率。

以往的设计总是在第一个最小值时导通，重阻抗下的效率随电源频率的减少而减少，抵销了导通电压较低的优点。在飞兆半导体的e-Series定谐振电源开关中，控制器只需等候最短时间（从而设置频率下限），然后在下一个最小值时导通MOSFET。　　其它流形都使用零电压电源技术。

在这种情况下，上面公式里的电压VDS将从一般大约400V的总线电压降到1V左右，这有效地避免了导通开关损耗。通过让电流偏移经体二极管流到MOSFET，再行导通MOSFET，可实现零电压电源。二极管的压降一般大约为1V。　　谐振转换器通过产生迟缓于电压波形振幅的正弦电流波形来构建零电压电源，而这必须在谐振网络上读取方波电压，该电压的基频分量促成正弦电流流动（更加高阶分量一般可忽视）。

通过谐振，电流迟缓于电压，从而构建零电压电源。谐振网络的输入通过整流获取DC输入电压，最少见的谐振网络由一个带上类似磁化电感的变压器、一个额外的电感和一个电容包含，故故名LLC。

　　非对称半桥转换器则是通过硬电源技术来构建零电压电源。这里，桥产生的电压为矩形波，频率近高于50%。在把这个电压读取到变压器上之前，必须一个耦合电容来避免其中的DC分量，而该电容还作为额外的能量存储单元。当两个MOSFET都被变频器时，变压器的漏电感中的能量促成半桥的电压极性翻转。

这种电压摆幅最后被忽然经常出现初级电流的涉及MOSFET体二极管钳制。　　自由选择标准　　这些能源优化方面的成果带给了出众的效率。对于75W/24V的电源，定谐振转换器设计可以取得多达88%的效率。

利用实时整流（再加额外的仿真控制器和一个PFC前端），更加有可能在90W/19V电源下把效率提升到90%以上。在该功率级，虽然LLC谐振和非对称半桥转换器可取得更高的效率，但由于这两种方案的构建成本较高，所以这个功率范围广泛使用定谐振转换器。对于从1W辅助电源到30W机顶盒电源乃至50W的工业电源的应用于范围，e-Series集成式电源开关系列都十分有效地。

在此功率级之上，建议用于带上外部MOSFET的FAN6300定谐振控制器，它可以获取处置超高系统输出电压的额外灵活性，此外，由于外部MOSFET的自由选择范围普遍而有助优化性价比。　　定谐振反激式流形用于一个低端MOSFET；而另外两种流形在一个半桥结构中必须两个MOSFET。因此，在功率级较低时，定谐振反激式是最不具成本优势的流形。

在功率级较高时，变压器的尺寸减少，效率和功率密度上升，这时往往考虑到使用两种零电压电源流形。　　系统设计不会受到四个因素所影响：分别是输出电压范围、输入电压、否更容易构建实时整流，以及漏电感的构建。　　图2较为了两种流形的增益曲线。为便于解释，我们假设必须反对的输出电压为110V和220V。

对于非对称半桥流形，这不是问题。在我们原作的工作条件下，220V和110V时其增益分别为0.2和0.4。在220V时，效率较低，因为磁化DC电流随频率增大而减小。

对于LLC谐振转换器来说，仅次于增益为1.2，要留意的是剩阻抗曲线十分相似谐振。0.6的增益将造成频率极高，系统性能很差。

总言之，LLC转换器不适合于较宽的工作范围。通过对漏电感觉展开外部调节，LLC转换器可以用作欧洲的输出范围，但代价是磁化电流较小；若使用了PFC前端，它的工作最佳。而非对称半桥结构在输出末端具有PFC级，因此电路可工作在很长的输出电压范围上。　　　　图2：非对称半桥和LLC转换器的增益曲线　　对于24V以上的输入电压，我们建议使用LLC谐振转换器。

低的输入二极管电压不会导致非对称半桥转换器效率减少，因为额定电压较高的二极管，其相反压降也较高。在24V以下，非对称半桥转换器则是很好的自由选择。

因为这时LLC转换器的输入电容纹波电流要小得多，其随输入电压减少而变小，从而减少解决方案的成本和尺寸。　　上述两种流形都可以使用实时整流。对非对称半桥流形，这构建一起非常简单（参看飞兆半导体应用于解释AN-4153）。

对LLC控制器，必须一个类似的仿真电路来检测流向MOSFET的电流，如果电源频率被容许为第二个谐振频率（图2中的100kHz），该技术是比较简单的。

本文来源：千亿体育官网登录入口-www.hammerheadiiibooks.com