中心議題：

• 電源拓撲結構工作原理
• 電源拓撲結構選擇標準
• 準諧振轉換器設計方案

解決方案：

• 基於FSFA2100的非對稱半橋轉換器

世shi界jie各ge地di有you關guan降jiang低di電dian子zi係xi統tong能neng耗hao的de各ge種zhong倡chang議yi

，正zheng促cu使shi單dan相xiang交jiao流liu輸shu入ru電dian源yuan設she計ji人ren員yuan采cai用yong更geng先xian進jin的de電dian源yuan技ji術shu。為wei了le獲huo得de更geng高gao的de功gong率lv級ji
，這zhe些xie倡chang議yi要yao求qiu效xiao率lv達da到dao87%及以上。由於標準反激式(flyback)和雙開關正激式等傳統電源拓撲都不支持這些高效率級，所以正逐漸被軟開關諧振和準諧振拓撲所取代。

工作原理

圖1所示為采用三種不同拓撲(準諧振反激式拓撲、LLC諧振拓撲和使用軟開關技術的非對稱半橋拓撲)的開關的電壓和電流波形。
 

圖1：準諧振、LLC和非對稱半橋拓撲的比較

輸出二極管電流降至零

當初級端耦合回次級端時的斜坡變化

體二極管導通
，直到MOSFET導通

這三種拓撲采用了不同的技術來降低MOSFET的開通損耗，導通損耗的計算公式如下：

在這一公式中，ID為剛導通後的漏電流，VDS為開關上的電壓，COSSeff為等效輸出電容值(包括雜散電容效應)，tON為導通時間

，fSW為開關頻率。.

如圖1所示
，準諧振拓撲中的MOSFETzaigangdaotongshiloujidianliuweiling，yinweizhezhongzhuanhuanqigongzuozaibulianxuchuandaomoshixia
，gukaiguansunhaoyoudaotongshidedianyahekaiguanpinlvjueding。zhunxiezhenzhuanhuanqizailoudianyazuixiaoshidaotong，congerjiangdikaiguansunhao。zheyiweizhekaiguanpinlvbuhengding：在(zai)負(fu)載(zai)較(jiao)輕(qing)時(shi)，第(di)一(yi)個(ge)最(zui)小(xiao)漏(lou)電(dian)壓(ya)來(lai)得(de)比(bi)較(jiao)早(zao)。以(yi)往(wang)的(de)設(she)計(ji)總(zong)是(shi)在(zai)第(di)一(yi)個(ge)最(zui)小(xiao)值(zhi)時(shi)導(dao)通(tong)
，輕(qing)負(fu)載(zai)下(xia)的(de)效(xiao)率(lv)隨(sui)開(kai)關(guan)頻(pin)率(lv)的(de)增(zeng)加(jia)而(er)降(jiang)低(di)，抵(di)消(xiao)了(le)導(dao)通(tong)電(dian)壓(ya)較(jiao)低(di)的(de)優(you)點(dian)。在(zai)飛(fei)兆(zhao)半(ban)導(dao)體(ti)的(de)e-Series??準諧振電源開關中，控製器隻需等待最短時間(從而設置頻率上限)，然後在下一個最小值時導通MOSFET。

其它拓撲都采用零電壓開關技術。在這種情況下，上麵公式裏的電壓VDS將從一般約400V的總線電壓降至1V左右，這有效地消除了導通開關損耗。通過讓電流反向經體二極管流過MOSFET
，再導通MOSFET，可實現零電壓開關。二極管的壓降一般約為1V。

xiezhenzhuanhuanqitongguochanshengzhihouyudianyaboxingxiangweidezhengxiandianliuboxinglaishixianlingdianyakaiguan，erzhexuyaozaixiezhenwangluoshangjiazaifangbodianya，gaidianyadejipinfenliangcushizhengxiandianliuliudong(更高階分量一般可忽略)。通過諧振，電流滯後於電壓
，從而實現零電壓開關。諧振網絡的輸出通過整流提供DC輸出電壓，最常見的諧振網絡由一個帶特殊磁化電感的變壓器、一個額外的電感和一個電容構成，故名曰LLC。

非對稱半橋轉換器則是通過軟開關技術來實現零電壓開關。這裏

，橋產生的電壓為矩形波，占空比遠低於50%。在把這個電壓加載到變壓器上之前，需要一個耦合電容來消除其中的DC分量，而該電容還作為額外的能量存儲單元。當兩個MOSFET都被關斷時
，變壓器的漏電感中的能量促使半橋的電壓極性反轉。這種電壓擺幅最終被突然出現初級電流的相關MOSFET體二極管鉗製。
[page]
選擇標準

這些能源優化方麵的成果帶來了出色的效率。對於75W/24V的電源，準諧振轉換器設計可以獲得超過88%的效率。利用同步整流(加上額外的模擬控製器和一個PFC前端)，更有可能在90W/19V電源下把效率提高到90%以上。在該功率級，雖然LLC諧振和非對稱半橋轉換器可獲得更高的效率，但由於這兩種方案的實現成本較高
，所以這個功率範圍普遍采用準諧振轉換器。對於從1W輔助電源到30W機頂盒電源乃至50W的工業電源的應用範圍，e-Series集成式電源開關係列都十分有效。在此功率級之上，建議使用帶外部MOSFET的FAN6300準諧振控製器

，它可以提供處理超高係統輸入電壓的額外靈活性
，此外，由於外部MOSFET的選擇範圍廣泛而有助於優化性價比。

準諧振反激式拓撲使用一個低端MOSFET;而另外兩種拓撲在一個半橋結構中需要兩個MOSFET。因(yin)此(ci)
，在(zai)功(gong)率(lv)級(ji)較(jiao)低(di)時(shi)
，準(zhun)諧(xie)振(zhen)反(fan)激(ji)式(shi)是(shi)最(zui)具(ju)成(cheng)本(ben)優(you)勢(shi)的(de)拓(tuo)撲(pu)。在(zai)功(gong)率(lv)級(ji)較(jiao)高(gao)時(shi)

，變(bian)壓(ya)器(qi)的(de)尺(chi)寸(cun)增(zeng)加(jia)，效(xiao)率(lv)和(he)功(gong)率(lv)密(mi)度(du)下(xia)降(jiang)，這(zhe)時(shi)往(wang)往(wang)考(kao)慮(lv)采(cai)用(yong)兩(liang)種(zhong)零(ling)電(dian)壓(ya)開(kai)關(guan)拓(tuo)撲(pu)。

係統設計會受到四個因素所影響：分別是輸入電壓範圍、輸出電壓
、是否易於實現同步整流

，以及漏電感的實現。

圖2比較了兩種拓撲的增益曲線。為便於說明
，我們假設需要支持的輸入電壓為110V和220V。對於非對稱半橋拓撲，這不是問題。在我們設定的工作條件下，220V和110V時其增益分別為0.2和0.4。在220V時，效率較低，因為磁化DC電流隨占空比減小而增大。對於LLC諧振轉換器來說，最大增益為1.2，要注意的是滿負載曲線非常接近諧振。0.6的增益將導致頻率極高，係統性能很差。總言之
，LLC轉換器不適合於較寬的工作範圍。通過對漏電感進行外部調節，LLC轉換器可以用於歐洲的輸入範圍，但代價是磁化電流較大;若采用了PFC前端，它的工作最佳。而非對稱半橋結構在輸入端帶有PFC級
，因此電路可工作在很寬的輸入電壓範圍上。

非對稱半橋和LLC轉換器的增益曲線

圖2：非對稱半橋和LLC轉換器的增益曲線

對於24V以上的輸出電壓，我們建議采用LLC諧振轉換器。高的輸出二極管電壓會致使非對稱半橋轉換器效率降低，因為額定電壓較高的二極管，其正向壓降也較高。在24V以下

，非對稱半橋轉換器則是很好的選擇。因為這時LLC轉換器的輸出電容紋波電流要大得多，其隨輸出電壓降低而變大
，從而增加解決方案的成本和尺寸。

上述兩種拓撲都可以采用同步整流。對非對稱半橋拓撲
，這實現起來非常簡單(參見飛兆半導體應用說明AN-4153)。對LLC控製器，需要一個特殊的模擬電路來檢測流入MOSFET的電流
，如果開關頻率被限製為第二個諧振頻率(圖2中的100kHz)，該技術是比較簡單的。

最後，兩種設計都依賴變壓器的漏電感：在LLC轉換器中用來控製增益曲線(圖2);而er在zai非fei對dui稱cheng半ban橋qiao轉zhuan換huan器qi則ze用yong以yi確que保bao輕qing載zai下xia的de軟ruan開kai關guan。對dui於yu大da多duo數shu應ying用yong，我wo們men都dou建jian議yi采cai用yong兩liang個ge單dan獨du的de電dian感gan來lai達da到dao此ci目mu的de。漏lou電dian感gan是shi變bian壓ya器qi中zhong不bu容rong易yi控kong製zhi的de一yi個ge參can數shu。此ci外wai
，要yao實shi現xian一yi個ge不bu同tong尋xun常chang的de漏lou電dian感gan，需xu要yao一yi個ge非fei標biao準zhun的de線xian圈quan管guan，這zhe增zeng加jia了le成cheng本ben。對dui於yu非fei對dui稱cheng半ban橋qiao結jie構gou，如ru果guo采cai用yong標biao準zhun變bian壓ya器qi，諧xie振zhen開kai關guan速su度du至zhi少shao是shi開kai關guan頻pin率lv的de10倍，從而產生更大的損耗。總之
，對LLC轉換器而言，建議再采用一個普通鐵氧體電感;而對非對稱半橋轉換器，建議隻使用一個高頻鐵氧體電感。
[page]
圖3顯示了非對稱半橋轉換器的電路示意圖。該圖非常類似於LLC諧振轉換器，隻有一點不同：LLC諧振轉換器不需要輸出電感，以及非對稱半橋控製器需要設置頻率而非PWM控製。
 

圖3：基於FSFA2100的非對稱半橋轉換器

192W/24V非對稱半橋轉換器的效率在93%左右。AN-4153360W/12V倍流版在額定負載為20%-100%時也有超過93%的滿負載效率。

在包含PFC前端的200W/48V電源條件下
，LLC諧振轉換器的效率在93%左右。通過同步整流，在該功率級下可以把效率提升至95%-96%。