使用准谐振和谐振转换器提高电源效率，第1部分

随着天然气价格飙升、欧洲大陆电价暴涨，近期刷新历史新高的能源价格正在持续冲击欧洲经济。欧洲工业企业纷纷就能源成本发出警告，科索沃200万人口已经轮流“断电”，企业、民众苦不堪言……更糟糕的是，交易员甚至在押注供不应求的紧张局面将持续到2023年初。即使明年到了炎热的夏季，能源价格也会非常昂贵，明年夏季交付的天然气价格已经超过了每兆瓦时100欧元，创下历史新高。

更高的能源成本、环境问题和可持续性能源问题正在推动欧盟 (EU) 和其他各种监管机构专注于减少电子设备浪费的能源。交流输入电源是这种浪费能源的主要来源，无论是在重负载下还是在待机状态下。

直到最近，电源的效率标准还好于 80%。新举措正在推动效率达到 87% 及以上。此外，传统的满载效率测量已不再可接受。现在的标准是在额定负载的 25、50、75 和 100 倍时测量效率并确定平均值。同样，最大允许待机功率水平也在收紧。欧盟建议所有设备的待机功率水平低于 500 mW，电视的待机功率水平低于 200 mW。

在特殊高效电源设计领域之外，用于 1 至 500 瓦应用的典型交流输入电源使用“硬开关”反激式和双开关正激拓扑。但它们正被准谐振反激式、LLC 谐振转换器和不对称半桥拓扑所取代。在本文中，我们将讨论准谐振和谐振操作之间的区别，以及它们的最佳应用。

基本原理

准谐振和谐振拓扑都通过降低电路中的开启开关损耗来发挥作用。图 1 显示了在连续导通模式 (CCM) 下工作的反激、准谐振反激和 LLC 谐振转换器的开启开关波形差异。

CCM 反激式转换器的开关损耗最高。对于宽范围输入电压设计，V DS 约为 500 至 600 伏，即输入电压V DC 和反射输出电压V RO 之和。当转换器在非连续导通模式 (DCM) 下运行时，开关损耗的第一项下降到零，因为漏极电流下降到零。我们可以通过打开电压波形中的第一个(或以后)最小值来进一步降低准谐振转换器的损耗。

如果准谐振反激式转换器的匝数比为 20，输出电压为 5 伏，则V RO 将为 100 伏。因此，对于 375 伏的总线电压，开关将在 275 伏时打开。如果有效输出电容C OSSeff 为 73 pF，开关频率f SW 为 66 kHz，则功率损耗为 0.18 瓦。对于标准 CCM 反激式转换器，开关不同步，并且漏极电压振铃。在最坏的情况下，漏极电压高于V DC 。功率损耗为由此产生的损耗为 0.54 瓦。因此，对于非连续模式反激式转换器，功率损耗在 0.18 到 0.54 瓦之间波动，具体取决于时序。影响时序的因素是输入电压和输出电流，有利的因素会带来更高的效率。这通常被视为不连续模式反激转换器的满载效率曲线的异常变化。这里输入电压随着恒定的输出电流(和电压)而变化。当我们沿着切换点移动时，效率曲线将显示波动。不同批次初级电感的变化也会表现出变化，因此效率也会不同。

谐振转换

器 另一方面，谐振转换器使用不同的技术来降低开关损耗。回到开启损耗方程，如果V DS 设置为零，则根本没有损耗。这一原理被称为零电压开关 (ZVS)。它用于谐振转换器，特别是 LLC 谐振转换器。

零电压开关是通过迫使流过开关的电流反向来实现的。当开关电流反向时，体(或外部反并联)二极管将电压钳位到一个低值(例如，1 伏)。这远低于前面提到的典型反激式转换器的 400 伏。

实现这一目标需要一个谐振电路。两个 MOSFET 产生方波并将其应用于谐振电路。如果我们选择高于谐振的工作点，则流入谐振电路的电流将近似为正弦波，因为高阶分量通常被很好地衰减。正弦电流波形滞后于电压波形。因此当电压波形达到其零交叉点时，电流仍然为负，允许零电压开关。