有源鉗位正激轉(zhuǎn)換器單開關(guān)電源拓?fù)?/h1>
球?qū)δ茉闯杀旧蠞q、環(huán)保和能源可持續(xù)性的關(guān)注正在推動(dòng)歐盟、美國加州等地的相關(guān)機(jī)構(gòu)相繼推出降低電子設(shè)備能耗的規(guī)范。交流輸入電源，不論是獨(dú)立式的還是集成在電子設(shè)備中的，都會(huì)造成一定的能源浪費(fèi)。首先，電源的效率不可能是100% 的，部分能量在電源大負(fù)載工作時(shí)被浪費(fèi)掉。其次，當(dāng)負(fù)載未被使用時(shí)，連接交流線的電源會(huì)以待機(jī)功耗的形式消耗能量。
近年來，對(duì)電源效率等級(jí)的要求日趨嚴(yán)格。最近，80% 以上的效率已成為了基本標(biāo)準(zhǔn)。新倡議的能效標(biāo)準(zhǔn)更是要求效率達(dá)到87%及以上。此外，只在滿負(fù)載下測量效率的老辦法已被淘汰。目前的新標(biāo)準(zhǔn)涉及了額定負(fù)載的25%、50%、75% 和 100% 這四個(gè)點(diǎn)的四點(diǎn)平均水平。同樣地，最大允許待機(jī)功耗也越來越受到限制，歐盟提議所有設(shè)備的待機(jī)功耗均應(yīng)低于500mW，對(duì)于我們將討論的電視機(jī)，則小于200mW。除專家級(jí)的高效率電源設(shè)計(jì)領(lǐng)域之外，電子設(shè)備中所用的功率范圍從1W 到 500W的交流輸入電源，一直以來主要采用兩種拓?fù)洌簶?biāo)準(zhǔn) (或硬開關(guān)) 反激式 (flyback) 拓?fù)?，和雙開關(guān)正激拓?fù)?。這兩種拓?fù)涠己芤子诶斫?，而它們存在的問題，以及如何予以避免，業(yè)界都已有充分的認(rèn)識(shí)。不過，隨著對(duì)效率的要求不斷提高，這兩種拓?fù)鋵⒅饾u為三種新的拓?fù)渌〈簻?zhǔn)諧振反激式拓?fù)?、LLC諧振轉(zhuǎn)換器拓?fù)浜筒粚?duì)稱半橋拓?fù)?。?zhǔn)諧振反激式拓?fù)湟驯怀晒τ糜谧畹凸β始?jí)到200W以上的范圍。在70W-100W范圍，LLC諧振轉(zhuǎn)換器比準(zhǔn)諧振反激式拓?fù)涓行А?
反激式和 LLC 功率轉(zhuǎn)換拓?fù)涫艿搅巳绱硕嗟年P(guān)注，我想是時(shí)候拜訪一位老朋友了：正向拓?fù)洹Ｋ呀?jīng)被廣泛使用了幾十年，并且有充分的理由。很難找到一種單端拓?fù)湓谠O(shè)計(jì)簡單、成本低和效率高方面提供一致的高分。它特別適合需要高輸出電流的中低功率應(yīng)用（小于 300W）。
圖 1：來自TI 電源拓?fù)?/a>電路的基本正向拓?fù)?/span>
與反激式相比，正激轉(zhuǎn)換器的主要優(yōu)勢(shì)包括更好的變壓器利用率、更低的峰值電流和濾波輸出。
唉，單開關(guān)正激變換器并非沒有變壓器磁芯飽和、變壓器漏感引起的電壓尖峰、開關(guān)損耗等固有問題。使用電阻-電容-二極管 (RCD) 鉗位來解決變壓器的復(fù)位問題，而有源鉗位正激 (ACF) 使用輔助開關(guān)來代替 RCD 鉗位的二極管和電阻器以減少泄漏。零電壓開關(guān) (ZVS) 技術(shù)用于解決開關(guān)損耗。
我們使用各種方法與所有這些方法試圖改善的兩個(gè)主要特性的結(jié)果進(jìn)行了比較：效率和電壓壓力。圖 2 支持 Leu 的結(jié)論，即 ACF（在圖 1 中稱為 FAC）具有最佳性能，提供最低的應(yīng)力和最高的效率。
圖 2：正激轉(zhuǎn)換器中效率和電壓應(yīng)力的比較
德州儀器 (TI) 有多種 ACF 拓?fù)淇晒┻x擇，如表 1 所示，其中最流行的是LM5025A電壓模式和UCC2897A電流模式。
LM5025A PWM控制器包含使用有源箝位/復(fù)位技術(shù)實(shí)現(xiàn)功率轉(zhuǎn)換器所需的所有功能。與傳統(tǒng)的捕獲繞組或RDC箝位/復(fù)位技術(shù)相比，使用有源箝位技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)更高的效率和更高的功率密度。提供兩個(gè)控制輸出：主電源開關(guān)控制（OUT＿A）和有源箝位開關(guān)控制（OUT＿B）。兩個(gè)內(nèi)部復(fù)合柵極驅(qū)動(dòng)器并聯(lián)MOS和雙極器件，提供優(yōu)越的柵極驅(qū)動(dòng)特性。該控制器設(shè)計(jì)用于高速運(yùn)行，包括高達(dá)1MHz的振蕩器頻率范圍和小于100ns的總PWM和電流檢測傳播延遲。LM5025A包括一個(gè)高壓啟動(dòng)調(diào)節(jié)器，可在13 V至90 V的寬輸入范圍內(nèi)工作。其他功能包括：線路欠壓鎖定（UVLO）、軟啟動(dòng)、振蕩器上下同步功能、精確參考和熱關(guān)機(jī)。
UCC2897A是峰值電流模式固定頻率高性能脈沖寬度調(diào)制器。該控制器包括P通道輔助開關(guān)的邏輯和驅(qū)動(dòng)能力，以及為正確的有源箝位操作編程臨界延遲的簡單方法。其特點(diǎn)包括一個(gè)內(nèi)部可編程斜坡補(bǔ)償電路，精確的D-MAX限制，以及一個(gè)帶有內(nèi)部定時(shí)電容器的同步振蕩器。精確的線路監(jiān)測功能還可根據(jù)大容量輸入電壓VIN編程轉(zhuǎn)換器的接通和斷開轉(zhuǎn)換。UCC2897A增加了二級(jí)hiccup模式電流檢測閾值、雙向同步和輸入過壓保護(hù)功能。UCC2897A提供20引腳TSSOP（PW）和20引腳QFN（RGP）封裝。
表 1：德州儀器 ACF 器件
TI 還提供超過 79 種有源鉗位TI Designs 參考設(shè)計(jì)供免費(fèi)下載。例如，非常流行的用于模塊更換的電信總線轉(zhuǎn)換器參考設(shè)計(jì)（帶有研討會(huì)材料）是一種 175W 電信 ACF 設(shè)計(jì) (5V@35A)，外形非常小巧，效率高達(dá) 95%，傳導(dǎo)損耗比反激式低。
有源鉗位正激轉(zhuǎn)換器具有幾個(gè)關(guān)鍵優(yōu)勢(shì)，并在所介紹的正激拓?fù)渲刑峁┳罴研屎妥畹碗妷簯?yīng)力。向前一點(diǎn)沒關(guān)系：今天開始我們的有源鉗位設(shè)計(jì)。
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