在 USB 適配器和電池充電器等低功率交流轉(zhuǎn)直流離線 電源轉(zhuǎn)換器應(yīng)用中，非連續(xù)模式準(zhǔn)諧振反激式 (QRF) 轉(zhuǎn)換器因其元件數(shù)量少和能夠?qū)崿F(xiàn)使效率提高的谷底開(kāi) 關(guān)功能而備受青睞。這些轉(zhuǎn)換器可以通過(guò)同步整流實(shí)現(xiàn) 高達(dá) 90% 至 91% 的效率，并以低于 100kHz 的開(kāi)關(guān) 頻率運(yùn)行，旨在最大限度地降低開(kāi)關(guān)損耗并減少發(fā)熱。 但是，業(yè)內(nèi)一直在努力減小這些電源轉(zhuǎn)換器的尺寸并增 加其功率密度，這就要求在更高的開(kāi)關(guān)頻率 (fSW) 下提 高工作效率，以便減小磁體尺寸而不增加發(fā)熱。本技術(shù) 手冊(cè)討論了過(guò)渡模式有源鉗位反激式 (ACF) 轉(zhuǎn)換器與 QRF 相比，如何用于恢復(fù)泄漏能量并減少或消除開(kāi)關(guān) 損耗。當(dāng)使用 ACF 轉(zhuǎn)換器而非 QRF 反激式轉(zhuǎn)換器 時(shí)，設(shè)計(jì)人員可以在很高的開(kāi)關(guān)頻率下運(yùn)行反激式轉(zhuǎn)換 器，而不會(huì)降低效率，從而減小磁體尺寸并增加系統(tǒng)的 功率密度。

無(wú)源鉗位耗散功率：

為保護(hù)反激式轉(zhuǎn)換器中的主開(kāi)關(guān)，需要用到一個(gè)二極管 鉗位或一個(gè)電阻器-電容器二極管 (RCD) 鉗位，其作用 是提供一條途徑來(lái)耗散存儲(chǔ)在變壓器 (T1) 漏電感 (LLK) 中的能量，并保護(hù)轉(zhuǎn)換器的主開(kāi)關(guān) (Q1) 免受電氣過(guò)應(yīng) 力的影響（請(qǐng)參閱圖 1）。使用此方法的唯一問(wèn)題是， 鉗位會(huì)耗散功率和熱量，從而降低總體系統(tǒng)效率。這些 鉗位的功率損耗僅隨開(kāi)關(guān)頻率 (fSW) 的增加而增加。研 究反激式無(wú)源鉗位的功率耗散 (PCLAMP)后 可以觀察到 這一點(diǎn)。在方程式 1 中，變量 VCLAMP 是 Q1 關(guān)閉時(shí)鉗 位兩端的電壓，NP/NS 是 T1 的匝數(shù)比，而 IP 是變壓器 的初級(jí)峰值電流。

有源鉗位（請(qǐng)參閱圖 1）包含一個(gè)鉗位開(kāi)關(guān) (QC) 和一 個(gè)鉗位電容器 (CC)（代替了 RCD 或二極管鉗位）。此 設(shè)計(jì)為 T1 的漏電感 (LLK) 提供了放電和存儲(chǔ)的地方， 從而保護(hù) Q1 免受電氣過(guò)應(yīng)力的影響。QC 允許形成雙 向鉗位電流 (IC)，因此泄漏能量會(huì)在每個(gè)開(kāi)關(guān)周期按照 反激式轉(zhuǎn)換器的變壓器初級(jí)與次級(jí)匝數(shù)比 (NP/NS) 返回 輸出端，從而使有源鉗位幾乎無(wú)損，并且在更高頻設(shè)計(jì) （200kHz 以上）中是比 QRF 更佳的選擇。

圖 1. 有源鉗位可回收泄漏能量并實(shí)現(xiàn) ZVS，從而提高 系統(tǒng)效率

谷底開(kāi)關(guān)耗散功率：

在低功率離線反激式轉(zhuǎn)換器中，QRF 由于采用谷底開(kāi) 關(guān) (VS) 運(yùn)行方式而深受歡迎，而且與硬開(kāi)關(guān) DCM 反 激式轉(zhuǎn)換器相比具有更高的效率。但是，QR 反激式轉(zhuǎn) 換器的開(kāi)關(guān)損耗隨開(kāi)關(guān)頻率和輸入電壓的增加而增加。 為觀察這種損耗，可研究方程式 2，其中描述了 QRF 開(kāi)關(guān)節(jié)點(diǎn) (VSW) 的開(kāi)關(guān)損耗 (PSW(QRF))，此處的變量 CSW 為反激式轉(zhuǎn)換器的開(kāi)關(guān)節(jié)點(diǎn)電容。

ACF 恢復(fù)泄漏能量并實(shí)現(xiàn) ZVS：

有源鉗位反激式控制器旨在利用反激式轉(zhuǎn) 換器中 Qc 內(nèi)的雙向電流以及 T1 初級(jí)電流 (IP)。鉗位 電容器 (Cc) 不僅用于存儲(chǔ)和回收泄漏能量，而且還可 存儲(chǔ)變壓器初級(jí)勵(lì)磁電感 (LPM) 中的部分能量。如果正 確使用此能量，即使在高壓線輸入端，也可以在電源轉(zhuǎn) 換器中實(shí)現(xiàn)零電壓開(kāi)關(guān)。 器件可監(jiān)測(cè)開(kāi)關(guān) 節(jié)點(diǎn)電壓 (VSW) 并調(diào)節(jié) Qc 導(dǎo)通時(shí)間，從而借助 Cc的 額外能量形成負(fù)變壓器初級(jí)電流 (Ip)。當(dāng) QC 關(guān)斷時(shí)， 此電流使開(kāi)關(guān)節(jié)點(diǎn)電容對(duì)地放電，從而實(shí)現(xiàn)接近無(wú)損耗 的零電壓開(kāi)關(guān)。與 QRF 轉(zhuǎn)換器相比，該技術(shù)是一項(xiàng)更 高效的開(kāi)關(guān)技術(shù)。關(guān)于對(duì) ACF 和 QRF 轉(zhuǎn)換器臨界波 形的比較，請(qǐng)參閱圖 2。

圖 2. ACF 實(shí)現(xiàn) ZVS，而 QRF 實(shí)現(xiàn) VS

總結(jié)：

總而言之，有源鉗位反激式拓?fù)淇苫厥兆儔浩鞯男孤┠?量，使鉗位幾乎無(wú)損，與使用二極管或 RCD 無(wú)源鉗位 相比，效率大幅提高。與 QRF 相比，ACF 控制器可調(diào)整鉗位開(kāi)關(guān) (QC) 的導(dǎo)通時(shí)間，從而產(chǎn)生反 向初級(jí)電流以實(shí)現(xiàn) ZVS 開(kāi)關(guān)，使設(shè)計(jì)更高效。采用無(wú) 損鉗位和 ZVS 的電源適用于 200kHz 甚至更高的開(kāi)關(guān) 頻率，不會(huì)因鉗位和 Q1 開(kāi)關(guān)損耗而引起額外的發(fā)熱。 這種設(shè)置使設(shè)計(jì)人員能夠減小磁體尺寸，以增加系統(tǒng)的 功率密度，從而達(dá)到 94% 至 95% 的效率。