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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)。現(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。 
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
單開關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諧振轉換器 雙管QR反激與LLC諧振轉換器如圖4所示，左邊為雙管QR反激，右邊為LLC諧振轉換器等特點。 圖4 雙管QR反激對比LLC諧振轉換器
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) •變壓器設計簡單，與傳統(tǒng)反激式轉換 器一樣 •無直通問題 LLC諧振轉換器具體特性有： •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 •復雜的變壓器設計 •固有的直通(shoot through)問題 雙管反激與LLC諧振轉換器在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諧振轉換器大幅提升在低電壓輸入時也有部輸于LLC諧振轉換器的效率表現(xiàn)。 表1 雙管反激與LLC諧振轉換器特性比較
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諧振轉換器高效能的優(yōu)點，達到了高效率低待機和低功耗。 問：一般在小功率場合選用雙管反激還是正激電路？ 答：小功率一般選擇反激，還要兼顧輸出，一般高壓小電流選擇反激，低壓大電流建議選擇正激。 問：反激電源變壓器的漏感參數(shù)如何設計？ 答：使用Dual-Flyback不必刻意針對漏感作設計，原因是漏感能量會被回收至Bulk cap。 問：在電能消耗上有什么具體的優(yōu)化嗎？ 答：利用變壓器匝數(shù)比可以減低開關切換損失，并且此架構可以將原本反激式轉換器所消耗在緩振電路上的損耗給完全回收。這兩點是最主要的優(yōu)化方式。 問：關于反激電源的占空比在設計時有何要求嗎？ 答：低壓滿載建議占空比低于0.45以下，雙管反激比普通反激占空比稍大，因為雙管反激匝數(shù)比可以取大點。 問：使用雙管反激成本是否會增加？ 答：相比單管反激成本有些增加，但比LLC略少。 問：雙反激方案的輸入電壓范圍為多少？ 答：輸入電壓為90 VAC ~265VAC。 問：除了優(yōu)點之外，雙管反激是否也存在著某些缺點或不足？ 答：雙管反激需要增加驅動電路，特別是上管需要增加自舉供電線路；最高效率比LLC稍低。 問：雙管反激式解決方案的可靠性除了不用擔心初級開關的直通外還表現(xiàn)在哪些地方? 答：雙管反激的電路控制方式采用電流回授控制。而LLC采用電壓回授控制。所以雙管反激的回授響應速度快，對于二次側做短路測試的時候速度反應也優(yōu)于LLC。 問：該方案的效能達到什么水平？ 答：能源之星5.0；2013Erp Lot6(輸出0.25W，輸入小于0.5W)。 問：與雙管正激式電源有什么不同點？ 答：第一，電路拓撲結構不同；第二，在輸出功率上，雙管正激一般做200W以上。 問：提供的評估板可以帶多大的負載？ 答：目前規(guī)劃的評估板有90W、120W與200W。 問：想了解一下你們所提出的這個方案對與環(huán)境有什么要求？ 答：主要要看您的需求電源為何？一般而言100W~200W都可以適用。 問：為什么小功率電源不用雙管反激式呢？ 答：因為兩顆功率晶體的成本較高，建議使用在有高效需求的時候。 問：在高壓輸入情況下，如何進行很好的反饋？ 答：如果輸出電壓精度要求不高，可以采用初級側穩(wěn)壓。 問：反激電源的EMS如何？ 答：電源工作在谷底導通模式，優(yōu)于硬開關。目前產(chǎn)品CS以及RS都可通過一般家電用品的規(guī)范。RS產(chǎn)品已經(jīng)通過10V的檢測。 問：在設計時有什么需要特別注意的地方？ 答：在設計雙管反激變壓器的同時，需注意變壓器圈比乘上輸出電壓不可大于1/2的輸入電壓。 問：死區(qū)的問題如何解決？ 答：因為雙管反激的開關為同時開關，所以沒有死區(qū)問題。 問：雙管反激式拓樸有沒有進入實質性研發(fā)階段？在實際中使用，會不會提高成本呢？ 答：已有客戶使用，相較于單管反激是會提高成本，若相較于半橋諧振的話，反激式轉換器應該是大家較為熟悉的拓撲。 為熟悉的拓撲。 |
