使用准谐振和谐振转换器提高设备电源的效率

直到最近，电源的效率标准还好于 80%新举措正在推动效率达到 87% 及以上此外，传统的满载效率测量已不再可接受现在的标准是在额定负载的 25、50、75 和 100 倍时测量效率并确定平均值同样，最大允许待机功率水平也在收紧。

欧盟建议所有设备的待机功率水平低于 500 mW，电视的待机功率水平低于 200 mW　　在特殊高效电源设计领域之外，用于 1 至 500 瓦应用的典型交流输入电源使用“硬开关”反激式和双开关正激拓扑。

但它们正被准谐振反激式、LLC 谐振转换器和不对称半桥拓扑所取代在本文中，我们将讨论准谐振和谐振操作之间的区别，以及它们的最佳应用　　基本原理　　准谐振和谐振拓扑都通过降低电路中的开启开关损耗来发挥作用。

图 1 显示了在连续导通模式 (CCM) 下工作的反激、准谐振反激和 LLC 谐振转换器的开启开关波形差异　　CCM 反激式转换器的开关损耗最高对于宽范围输入电压设计，V DS 约为 500 至 600 伏，即输入电压V DC 和反射输出电压V RO 之和。

当转换器在非连续导通模式 (DCM) 下运行时，开关损耗的第一项下降到零，因为漏极电流下降到零我们可以通过打开电压波形中的第一个(或以后)最小值来进一步降低准谐振转换器的损耗图中虚线表示准谐振变换器在第一个谷底开启时的漏极波形。

　　如果准谐振反激式转换器的匝数比为 20，输出电压为 5 伏，则V RO 将为 100 伏因此，对于 375 伏的总线电压，开关将在 275 伏时打开如果有效输出电容C OSSeff 为 73 pF，开关频率f SW 为 66 kHz，则功率损耗为 0.18 瓦。

对于标准 CCM 反激式转换器，开关不同步，并且漏极电压振铃在最坏的情况下，漏极电压高于V DC 功率损耗为，　　由此产生的损耗为 0.54 瓦因此，对于非连续模式反激式转换器，功率损耗在 0.18 到 0.54 瓦之间波动，具体取决于时序。

影响时序的因素是输入电压和输出电流，有利的因素会带来更高的效率这通常被视为不连续模式反激转换器的满载效率曲线的异常变化这里输入电压随着恒定的输出电流(和电压)而变化当我们沿着切换点移动时，效率曲线将显示波动。

不同批次初级电感的变化也会表现出变化，因此效率也会不同　　谐振转换　　器 另一方面，谐振转换器使用不同的技术来降低开关损耗回到开启损耗方程(方程 1)，如果V DS 设置为零，则根本没有损耗这一原理被称为零电压开关 (ZVS)。

它用于谐振转换器，特别是 LLC 谐振转换器，如图 1 所示　　零电压开关是通过迫使流过开关的电流反向来实现的当开关电流反向时，体(或外部反并联)二极管将电压钳位到一个低值(例如，1 伏)这远低于前面提到的典型反激式转换器的 400 伏。

　　实现这一目标需要一个谐振电路两个 MOSFET 产生方波并将其应用于谐振电路如果我们选择高于谐振的工作点，则流入谐振电路的电流将近似为正弦波，因为高阶分量通常被很好地衰减正弦电流波形滞后于电压波形。

因此当电压波形达到其零交叉点时，电流仍然为负，允许零电压开关　　基本拓扑　　下面介绍准谐振和 LLC 谐振转换器的电路图和框图准谐振转换器电路图看起来与反激式转换器非常相似，只是有一个检测电路来帮助确定电压最小值的时序。

　　LLC 谐振转换器(因谐振电路中的三个组件而得名：变压器的磁化电感L m ;变压器的漏感L lk ;以及谐振电容C r )，与双开关正激转换器有很大不同所需的大漏感意味着变压器以增加其正常漏感的方式缠绕，或者设计人员添加电感器。

LLC 在初级侧具有半桥结构，但与双开关正激转换器不同，那里不需要任何二极管并且在双开关正激变换器中没有使用谐振电容器有两个输出二极管连接到中心抽头变压器的输出端这些将谐振电路的交流输出整流为直流电压。

不需要大输出电感器，这是双开关正激应用所必需的　　对于给定的输出功率，准谐振反激式变压器的尺寸最大，因为转换器在将其传输到次级侧之前将所有能量存储在初级侧双开关正激转换器的情况并非如此，它在开关打开时将能量从初级侧传输到次级侧。

与反激式转换器一样，双开关正激式转换器仅使用一个磁极LLC 转换器同时使用两者，因此在所有条件相同的情况下，对于给定的功率水平，它通常更小　　频率和增益　　准谐振和 LLC 谐振开关的好处包括降低导通损耗。

缺点是频率随着负载的减少而增加两个转换器的关断损耗随着频率的增加而变得更糟，其中t OFF 是关断时间这会降低负载较轻时的效率例如，Fairchild 的 FSQ0165RN 准谐振 FPS 电源开关使用特殊的频率钳位电路来抵消这个固有的缺点。

控制器等待与最大频率对应的最短时间，然后开启下一个可用的最小值　　LLC 谐振转换器的另一个限制是其增益的动态范围非常有限在较高的谐振频率(在这种情况下为 100 kHz)，频率不会随着负载的变化而变化。

但是，增益的动态范围很低，介于 1.0 和 1.4 之间如果 1.2 代表具有 220 VAC 输入的系统增益以实现所需的输出电压，则动态范围将允许 189 至 264 VAC 的输入电压范围因此，用这种拓扑结构不容易实现通用输入操作。

但是，通过精心设计以允许保持时间条件，典型的欧洲电源是可能的　　增益的动态范围可以通过增加相对于励磁电感的漏电感来改善权衡是由于较高的磁化电流而降低了轻负载效率在实践中，我们使用第二个电感器来增加漏感;如果漏感太大，获得可重复的漏磁电感比存在实际限制。

　　应用　　准谐振反激和 LLC 谐振转换器越来越多地用于嵌入式交流输入电源准谐振转换器的实际工作范围从几瓦到大约 100 瓦满载效率范围从集成解决方案的 7 瓦、12 伏电源的 81% 左右，到使用带有外部 MOSFET 的准谐振控制器的 70 瓦、22 伏电源的 88% 以上。

低功耗示例的待机功耗远低于 150 mW;更高功率示例的待机功率小于 350 mW使用较低的输出电压会迅速将效率降低到此水平以下一个 5 瓦、5 伏的电源将在输出二极管中浪费至少 10% 的额定输出功率。

　　准谐振拓扑的另一个好处是 EMI 远低于硬开关应用频率自然会随着 400 伏输入电容上的纹波而变化，并且会出现频谱扩展此外，由于在较低电压下进行开关，共模 EMI 噪声降低，从而降低了开关噪声　　LLC 谐振转换器的实际工作范围约为 70 至 500 瓦左右。

带有 PFC 前端的 FSFR2100 已用于实现 200 瓦至 420 瓦的电源对于高达 200 瓦的应用，通常不需要散热器(在 FSFR2100 上)通常建议在输出端使用肖特基二极管，这些二极管通常需要散热器。

　　同步整流方法可用于消除对散热器的需求然而，MOSFET 的控制信号不容易产生使用肖特基二极管的应用的典型峰值效率在 90 年代中期到 90 年代中期，具体取决于输入电压、输出电压和输出功率免责声明：本文来源：[中国传动网]的所有文字、图片、音视和视频文件，版权均为中国传动网(www.chuandong.com)独家所有。

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