- 設(shè)計開關(guān)電源的挑戰(zhàn)
- 雙管反激解決方案
- 雙管反激主要特點
- 雙管反激的好處
- 雙管QR反激與單開關(guān)反激比較
高效率和低待機功耗是現(xiàn)今開關(guān)電源設(shè)計的兩大難題，由于諧振拓撲或LLC拓撲能夠滿足高效率的要求，因而日益流行。然而在這種拓樸中，前PFC級必須在輕負載期間保持運作，造成諧振回路中存在內(nèi)循環(huán)損耗，待機功耗成為一個頭疼問題。對于沒有附加輔助電源的應(yīng)用，LLC諧振拓撲難以滿足2013 ErP等新法規(guī)，在0.25W負載下輸入功率低于0.5W的要求。雙管反激式拓樸是能夠應(yīng)對效率和待機功耗兩大挑戰(zhàn)的解決方案，適用于75W~ 200W范圍的電源。它提供了與LLC諧振解決方案相當?shù)男?，還有大幅改良的待機功率性能。雙管反激式拓樸能夠成為頗具吸引力的解決方案，可替代復(fù)雜的LLC諧振轉(zhuǎn)換器，用于筆記本電腦適配器、LED-TV電源、LED照明驅(qū)動器、一體型電腦電源和大功率充電器應(yīng)用。
設(shè)計開關(guān)電源的挑戰(zhàn)
現(xiàn)代設(shè)計開關(guān)電源的挑戰(zhàn)大致分為五個部分。
•低待機功耗
•高效率
•高功率密度
•高可靠性
•低成本
用于75W~200W應(yīng)用的理想解決方案，現(xiàn)有的單反激式轉(zhuǎn)換器解決方案為目前最普遍的解決方案之一，有低待機功耗、低成本和易于設(shè)計等優(yōu)點而被大量使用，但對于未來更高它不能解決所有設(shè)計挑戰(zhàn)?，F(xiàn)有的單反激式轉(zhuǎn)換器解決方案面臨著很多困難，難以達到> 90%的低效率問題、低功率密度、過高的MOSFET漏源電壓和緩沖器損耗和發(fā)熱問題都不利于高可性的要求，而且限制功率范圍必須為150W以內(nèi)。
為了提高效率和功率密度，可零電壓切換的LLC轉(zhuǎn)換器解決方案被逐漸使用，但這也不能解決所有設(shè)計挑戰(zhàn)，例如，無輔助電源便不能滿足2013 ErP Lot 6要求 (<0.5W@0.25W)，還有在設(shè)計和生產(chǎn)過程中，對于變壓器容差和柵極驅(qū)動時限敏感的問題。
雙管反激解決方案 (75~200W)
雙管反激解決方案分為三個部分，分別是FAN6920: BCM PFC + QR 組合；FAN7382: H/L 驅(qū)動器；FAN6204: SR控制器，如圖1所示。
圖1 飛兆半導(dǎo)體雙管反擊解決方案
雙管反激主要特點
雙管QR反激轉(zhuǎn)換器主要特點分為四個方面，它在低待機功耗、高效率、易于設(shè)計和低EMI方面有顯著的優(yōu)勢。
在低待機功耗方面，雙管QR反激轉(zhuǎn)換器能完全滿足2013 ErP Lot 6要求。在PIN<0.5W @230Vac; PO=0.25W；PIN<0.25W@ 230Vac（無負載時）。
在高效率方面，雙管QR反激轉(zhuǎn)換器的特點表現(xiàn)在漏電感能量可以回收至輸入，且無需有損耗的緩沖器；500V MOSFET可以用在初級端；初級端采用谷底開關(guān)以降低開關(guān)損耗；減小次級端整流器的電壓應(yīng)力；可使用可變PFC輸出電壓技術(shù)以提高整個系統(tǒng)的低壓線路效率。
雙管QR反激轉(zhuǎn)換器具有易于設(shè)計的特點，它與熟知的傳統(tǒng)反激式轉(zhuǎn)換器設(shè)計相同，并且可以簡便地實現(xiàn)變壓器批量生產(chǎn)。它可以使用超低側(cè)高變壓器，無需考慮泄漏電感。
在EMI方面，雙管QR反激轉(zhuǎn)換器具有低EMI，漏極過沖電壓被箝制在輸入電壓上；谷底開關(guān)等特點。
雙管反激基本工作原理
雙管反激與單管反激的基本原理相似，只是多了一個階段2。階段1、3、4與零諧振單管反激的工作原理相同。階段1: Q1和Q2同時導(dǎo)通，變壓器的電感電流將會線性增加并將能量儲存于變壓器中；當2個MOS管關(guān)閉時候就進入階段2；階段2：因為漏感所形成的高漏源電壓會導(dǎo)致2個回收二極體導(dǎo)通，Q1和Q2截止，D1，D2導(dǎo)通；當漏感能量回收完畢，進入階段3；階段 3和4: Q1和Q2 截止，D1和D2截止。
雙管反激的好處
雙管反激的好處之一就是減少能量損耗。無緩沖器損耗和發(fā)熱問題，漏電感能量可回收在大容量電容器中。
雙管反激拓撲的好處之二是高可靠性和低開關(guān)損耗。由于低MOSFET漏源電壓得到良好的可靠性，允許大匝數(shù)比(n)設(shè)計實現(xiàn)近似于ZVS開關(guān)的低開關(guān)損耗。
雙管反激拓撲的好處之三是減小次級端傳導(dǎo)損耗。SR MOSFET的VDS為:VIN/n+VOUT，大匝數(shù)比n對于SR MOSFET的好處是大n意味著較低的VDS，即較低MOSFET Ron，這樣就得到了較低價格，降低了成本得到了較高的效率。舉例說明，當VIN = 420V，Vo=12V，n= 12，那么，VDS=420V/12 +12V=47V，則可以選擇60V或75V SR MOSFET。
雙管反激拓撲的好處之四是可以提高低壓線路效率。兩級PFC輸出以提高低壓線路效率。
雙管反激拓撲的好處之五是提高輕負載效率。深度擴展谷底開關(guān)(最多第12個谷底周期)允許輕負載下的低工作頻率。
雙管反激拓撲的好處之六是實現(xiàn)低待機功耗。雙管反激拓撲無緩沖器損耗和發(fā)熱問題，漏電感能量可回收在大容量電容器中。
雙管QR反激與單開關(guān)反激比較
單開關(guān)對比雙管QR反激轉(zhuǎn)換器如圖3所示，左邊為單開關(guān)QR反激，右邊為雙開關(guān)QR反激。
圖2 雙管反激基本工作原理
圖3 單開關(guān)對比雙管QR反激轉(zhuǎn)換器
單開關(guān)QR反激具體特性有：
•需要RCD緩沖器以
耗散漏電感能量
•需要高壓MOSFET
(700~800V)
•需要較高壓SR MOSFET (>100V for
12V Vo)
•較低的匝數(shù)比
雙開關(guān)QR反激具體特性有：
•漏電感能量可回收到輸入
•若反射輸出電壓(VO×Np/Ns)大于
輸入電壓，能量不會傳送到輸出(不
允許ZVS)
•可使用500V MOSFET
•可使用<75V SR MOSFET(for 12V
Vo)
•較高的匝數(shù)比
雙管QR反激對比LLC諧振轉(zhuǎn)換器
雙管QR反激與LLC諧振轉(zhuǎn)換器如圖4所示，左邊為雙管QR反激，右邊為LLC諧振轉(zhuǎn)換器等特點。
圖4 雙管QR反激對比LLC諧振轉(zhuǎn)換器
雙管QR反激具體特性有：
•初級端電流隨負載減少而減少
•近似于ZVS運作(谷底開關(guān))
•變壓器設(shè)計簡單，與傳統(tǒng)反激式轉(zhuǎn)換器一樣
•無直通問題
LLC諧振轉(zhuǎn)換器具體特性有：
•即使在輕負載條件下初級端也有大環(huán)
流電流（高待機功耗)
•完全的ZVS運作
•復(fù)雜的變壓器設(shè)計
•固有的直通(shoot through)問題
雙管反激與LLC諧振轉(zhuǎn)換器在19V/90W輸出的演示版上的效率比較，可以看出LLC在高壓輸入即重載時的表現(xiàn)非常好，但是在低壓輸入即輕載時的表現(xiàn)相對較弱。總的來說，雙管反激的平均效率較好，因為它的輕載效率比LLC諧振轉(zhuǎn)換器大幅提升在低電壓輸入時也有部輸于LLC諧振轉(zhuǎn)換器的效率表現(xiàn)。[page]
表1 雙管反激與LLC諧振轉(zhuǎn)換器特性比較
19V/90W輸出的適配器，這個適配器高16.5mm，長95mm，寬60mm，在這么一個薄小的設(shè)計卻能達到較好的效率，如表2所示。130W/19V一體機PC電源效率如表3所示。130W/19V一體機PC電源效率如表3所示。200W/19V 一體機PC電源效率如表4所示。
表2 19V/90W輸出的適配器效率表現(xiàn)
表3 130W/19V一體機PC電源效率
表4 200W/19V一體機PC電源效率
目標應(yīng)用
雙管反激適用于75W ~200W功率范圍。
•一體型(AIO)PC電源
• LED TV
•筆記本電腦適配器
•游戲機
• LED照明
•要求高效率和低待機功耗的單輸出應(yīng)用
總而言之，雙管反激可說是吸取了單管反激低待機功耗的優(yōu)點和LLC諧振轉(zhuǎn)換器高效能的優(yōu)點，達到了高效率低待機和低功耗。
