實現(xiàn)高效率和低待機功耗的雙管反激式轉換器

高效率和低待機功耗是現(xiàn)今開關電源設計的兩大難題，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剩€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，可替代復雜的LLC諧振轉換器，用于筆記本電腦適配器、LED-TV電源、LED照明驅動器、一體型電腦電源和大功率充電器應用。

設計開關電源的挑戰(zhàn)

現(xiàn)代設計開關電源的挑戰(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應用的理想解決方案，現(xiàn)有的單反激式轉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計挑戰(zhàn)?，F(xiàn)有的單反激式轉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。

為了提高效率和功率密度，可零電壓切換的LLC轉換器解決方案被逐漸使用，但這也不能解決所有設計挑戰(zhàn)，例如，無輔助電源便不能滿足2013 ErP Lot 6要求 (0.5W@0.25W)，還有在設計和生產(chǎn)過程中，對于變壓器容差和柵極驅動時限敏感的問題。

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 驅動器；FAN6204: SR控制器，如圖1所示。

圖1 飛兆半導體雙管反擊解決方案

雙管反激主要特點

雙管QR反激轉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反激轉換器能完全滿足2013 ErP Lot 6要求。在PIN0.5W @230Vac; PO=0.25W；PIN0.25W@ 230Vac（無負載時）。

在高效率方面，雙管QR反激轉換器的特點表現(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以降低開關損耗；減小次級端整流器的電壓應力；可使用可變PFC輸出電壓技術以提高整個系統(tǒng)的低壓線路效率。

雙管QR反激轉換器具有易于設計的特點，它與熟知的傳統(tǒng)反激式轉換器設計相同，并且可以簡便地實現(xiàn)變壓器批量生產(chǎn)。它可以使用超低側高變壓器，無需考慮泄漏電感。

在EMI方面，雙管QR反激轉換器具有低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致2個回收二極體導通，Q1和Q2截止，D1，D2導通；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)設計實現(xiàn)近似于ZVS開關的低開關損耗。

雙管反激拓撲的好處之三是減小次級端傳導損耗。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(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反激與單開關反激比較

單開關對比雙管QR反激轉換器如圖3所示，左邊為單開關QR反激，右邊為雙開關QR反激。

圖2 雙管反激基本工作原理

圖3 單開關對比雙管QR反激轉換器