節能式電源拓撲詳解

選擇標準

　　這些能源優化方面的成果帶來了出色的效率。對于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 （加上額外的模擬控制器和一個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，但由于這兩種方案的實現成本較高，所以這個功率范圍普遍采用準諧振轉換器。對于從1W輔助電源到30W機頂盒電源乃至50W的工業電源的應用范圍，e-Series集成式電源開關系列都十分有效。在此功率級之上，建議使用帶外部MOSFET的FAN6300準諧振控制器，它可以提供處理超高系統輸入電壓的額外靈活性，此外，由于外部MOSFET的選擇范圍廣泛而有助于優化性價比。

　　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。因此，在功率級較低時，準諧振反激式是最具成本優勢的拓撲。在功率級較高時，變壓器的尺寸增加，效率和功率密度下降，這時往往考慮采用兩種零電壓開關拓撲。

　　系統設計會受到四個因素所影響：分別是輸入電壓范圍、輸出電壓、是否易于實現同步整流，以及漏電感的實現。

　　圖2比較了兩種拓撲的增益曲線。為便于說明，我們假設需要支持的輸入電壓為110V 和 220V。對于非對稱半橋拓撲，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。對于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，系統性能很差。總言之，LLC 轉換器不適合于較寬的工作范圍。通過對漏電感進行外部調節，LLC 轉換器可以用于歐洲的輸入范圍，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范圍上。

　　圖2：非對稱半橋和LLC轉換器的增益曲線

　　對于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控制器，需要一個特殊的模擬電路來檢測流入MOSFET的電流，如果開關頻率被限制為第二個諧振頻率 （圖2中的100kHz），該技術是比較簡單的。

　　最后，兩種設計都依賴變壓器的漏電感：在LLC轉換器中用來控制增益曲線 （圖2）；而在非對稱半橋轉換器則用以確保輕載下的軟開關。對于大多數應用，我們都建議采用兩個單獨的電感來達到此目的。漏電感是變壓器中不容易控制的一個參數。此外，要實現一個不同尋常的漏電感，需要一個非標準的線圈管，這增加了成本。對于非對稱半橋結構，如果采用標準變壓器，諧振開關速度至少是開關頻率的10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，建議只使用一個高頻鐵氧體電感。

　　圖3顯示了非對稱半橋轉換器的電路示意圖。該圖非常類似于LLC諧振轉換器，只有一點不同：LLC諧振轉換器不需要輸出電感，以及非對稱半橋控制器需要設置頻率而非PWM控制。

　　圖3：基于FSFA2100的非對稱半橋轉換