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電源能效對環(huán)境的影響問(wèn)題越來(lái)越受到世界范圍的關(guān)注，致力于自然資源保護的全球各國政府和標準化制定機構已相繼推出各項措施，積極推廣高能效電源。美國加州能源委員會(huì )(CEC)已針對外置電源制定了強制性能效標準，全球其他實(shí)施自愿性規范計劃的地區也考慮推出強制性標準，以推動(dòng)電源效率的提高。這些規范都驅使電源設計人員采用新的拓撲，比如諧振轉換器和軟開(kāi)關(guān)轉換器。 諧振開(kāi)關(guān)技術(shù)在整個(gè)開(kāi)關(guān)周期內都采用諧振工作模式，而軟開(kāi)關(guān)技術(shù)只在開(kāi)關(guān)轉換期間才采用諧振工作模式，以軟化開(kāi)關(guān)器件的開(kāi)關(guān)特性。一旦開(kāi)關(guān)轉換結束，轉換器又恢復到常見(jiàn)的脈寬調制(PWM)模式。由于只在開(kāi)關(guān)轉換期間才涉及到諧振工作模式，因此其諧振元件的參數不像諧振轉換器中的那么重要。此外，開(kāi)關(guān)頻率是固定的，這使得EMI濾波器的優(yōu)化更為容易。 在各種類(lèi)型的軟開(kāi)關(guān)轉換器中，不對稱(chēng)PWM半橋轉換器因其結構簡(jiǎn)單且固有零電壓開(kāi)關(guān) (ZVS) 能力而獲得設計人員的青睞。 不對稱(chēng)半橋轉換器的基本工作原理 圖1所示為不對稱(chēng)PWM半橋轉換器的電路簡(jiǎn)圖及其波形。圖2給出了詳細的開(kāi)關(guān)波形。當上面的開(kāi)關(guān)(Q2)導通時(shí)，DC隔直電容(CB)不僅是負載的供電電源，還作為隔直電容防止變壓器飽和。一般而言，不對稱(chēng)PWM半橋轉換器包含三級，如圖1所示，即方波發(fā)生器、能量傳送網(wǎng)絡(luò )和整流器網(wǎng)絡(luò )。 * 方波發(fā)生器通過(guò)驅動(dòng)開(kāi)關(guān)Q1和Q2產(chǎn)生一個(gè)方波電壓(Vd)。換言之，下面和上面的MOSFET的占空比應該分別為D和1-D。這時(shí)，兩次轉換之間一般有一個(gè)很小的死區時(shí)間。 * 整流器網(wǎng)絡(luò )利用整流二極管和低通LC濾波器對AC電壓進(jìn)行整流，最后產(chǎn)生DC電壓。這個(gè)整流器網(wǎng)絡(luò )可采用全波的橋式結構或中心抽頭式結構。 針對不對稱(chēng)半橋轉換器設計的集成式功率開(kāi)關(guān) 飛兆半導體的集成式“Green FPS”功率開(kāi)關(guān)FSFA2100系列是專(zhuān)門(mén)針對不對稱(chēng)半橋轉換器設計而開(kāi)發(fā)的一種技術(shù)。這種技術(shù)在單個(gè)器件中整合了PWM控制器、高端驅動(dòng)和SuperFET，只需要極少數量的外部元件。圖3所示為其內部模塊示意圖。在大功率轉換器應用中，PCB版圖設計一向是棘手部分，因為在布局時(shí)，為了把噪聲干擾降至最低，必需讓柵極驅動(dòng)器和控制電路盡可能地靠近MOSFET。FSFA2100把柵極驅動(dòng)器及控制電路與MOSFET集成在一起，使這些器件之間的距離最小化，從而大幅減小了終端應用的噪聲干擾。此外，這樣做也減少了寶貴的設計時(shí)間，使生產(chǎn)力得以提高。 今天，大多數電子廠(chǎng)商都要求SMPS設計具有高度可靠性，這促使電源設計人員在設計中采用保護方案來(lái)防范各種故障的發(fā)生，比如過(guò)載、過(guò)壓、輸出短路、輸出二極管短路和過(guò)熱。不過(guò)，這種保護可能需要大量額外的電路，從而增加成本。而FSFA2100在設計中整合了多項自我保護功能，無(wú)需額外的元件，故不僅可增強可靠性還能降低成本。 軟開(kāi)關(guān)轉換器的另一個(gè)問(wèn)題是，輕載時(shí)，由于初級端電流不足以完成MOSFET輸出電容的充電/放電，可能無(wú)法實(shí)現軟開(kāi)關(guān)。這樣一來(lái)，在SMPS必須滿(mǎn)足要求低待機功耗的功效或“綠色”標準時(shí)，問(wèn)題就出現了。 FSFA2100在待機模式下采用間歇模式工作，很容易滿(mǎn)足國際能源署 (IEA) 的1瓦倡議。該規范要求把待機功耗降至1瓦以下。在間歇模式中，功率開(kāi)關(guān)能夠交替啟動(dòng)和禁止開(kāi)關(guān)工作，以降低有效開(kāi)關(guān)頻率，這種方法可減小MOSFET中的開(kāi)關(guān)損耗和變壓器中的滯徊損耗。 結語(yǔ) 由于在SMPS中采用軟開(kāi)關(guān)拓撲能夠提高效率及降低EMI，設計人員在自己的電源設計中開(kāi)始不斷采用這種新興方案。傳統上，設計人員使用分立元件加控制器的解決方案來(lái)實(shí)現軟開(kāi)關(guān)。但現在，集成了SuperFET和PWM IC的功率開(kāi)關(guān)可以提供一個(gè)非常適合于具成本效益軟開(kāi)關(guān)轉換器設計的基本平臺。通過(guò)集成保護功能并采用間歇工作模式，功率開(kāi)關(guān)技術(shù)可大大提高可靠性，同時(shí)又降低功耗，滿(mǎn)足“綠色”標準的嚴格要求。 |
