电源适配器的有源钳位反激

在当今电子设备飞速发展的时代，电源适配器作为关键配件，其技术演进备受瞩目。有源钳位反激技术的出现，正引领着电源适配器迈向新的发展阶段，有望成为该领域的下一个重要变革方向。

传统的硬开关反激变换器在功率开关管电压、电流应力方面存在较大问题。变压器的漏感会引发电压尖峰，为限制这一尖峰，通常需采用无源 RCD 吸收电路进行箝位。然而，RCD 吸收电路中的电阻 R 会产生额外的功率损耗，进而降低系统效率。这在对电源效率要求日益严苛的当下，成为了制约电源适配器发展的瓶颈。

有源钳位反激变换器应运而生，它对传统反激变换器进行了巧妙改进。其电路结构主要由主功率开关管(Q1)、箝位开关管(Qc)、箝位电容(Cc)、变压器等构成。在工作过程中，通过巧妙的电路设计，变压器漏感中的能量能被钳位电容吸收，并且此部分能量可用于实现原边主功率管的零电压开关(ZVS)。以非连续模式(DCM)有源箝位反激变换器为例，每个开关周期可细分为 8 个工作模式，各模式下电路的工作状态及电流走向都经过精心设计，确保能量高效转换与利用。在模式 1 中，Q1 导通，Qc、Do 关断，变压器初级电感 Lp 激磁，电流从 0 开始线性上升;模式 2 里，Q1 关断，Lp 和杂散谐振电容 Cr 谐振，Vsw 电压谐振上升;直至模式 8，完成一个开关周期，周而复始。这种工作模式使得有源钳位反激变换器相比传统反激变换器具有诸多显著优势。

从效率提升方面来看，有源钳位反激变换器能够有效降低开关损耗。传统反激变换器因开关损耗导致效率受限，而有源钳位反激通过实现主功率管的零电压开关，极大地减少了这部分损耗。实验数据表明，采用同步整流、有源钳位等技术的电源适配器，其转换效率可提升至 90% 以上，显著降低了能耗。这不仅符合全球倡导的节能环保理念，对于消费者而言，也意味着使用电子设备时更加节能，降低了使用成本。

在尺寸缩小方面，随着电子设备朝着小型化、轻薄化方向发展，对电源适配器的体积要求也愈发严格。有源钳位反激变换器由于能够工作在更高的频率，使得变压器及电容等元件的尺寸得以减小，进而有效降低了电源体积。例如，采用超结结构的高压功率 MOSFET 或高压 GaN 器件的高功率密度快充及电源适配器，配合有源钳位反激技术，在实现高效快充的同时，能将适配器体积大幅缩小，方便用户携带，满足了人们对便携式电子设备的需求。

在电磁干扰(EMI)性能改善上，有源钳位反激变换器同样表现出色。由于漏感中的能量被有效吸收，在主功率管开启过程中不存在漏感尖峰，这使得功率管的电压应力更小，输入电压范围更宽，同时也大大降低了 EMI 噪声。这对于在复杂电磁环境中使用的电子设备尤为重要，能确保设备稳定运行，减少对其他设备的干扰。

目前，已有多家公司敏锐捕捉到有源钳位反激技术的优势，设计并推出了以 ACF 为拓扑方案的小体积 GaN 快充适配器，在市场上取得了良好反响。以德州仪器(TI)的 UCC28780 高频有源钳位反激式控制器为例，该控制器可实现符合严格全球效率标准(如美国能源部 6 级和欧盟 CoC V5 Tier - 2 能效标准)的高密度交流 / 直流电源。其具备用户可编程高级控制律特性，可针对硅(Si)和氮化镓(GaN)功率 FET 进行性能优化，开关频率高达 1MHz，还拥有可编程自适应突发控制和待机模式，能提高轻载效率，并抑制可闻噪声。

与其他替代方案相比，如非对称半桥(AHB)变换器，有源钳位反激变换器也展现出独特优势。在电压应力方面，虽然 ACF 原边功率管的电压应力相对较高，为(Vin + n*Vo)，但在输入电压调节能力上，ACF 比 AHB 更具优势。在适配器应用中，输入电压范围通常较宽，ACF 的电压增益特性使其能更好地适应这种宽输入电压范围，占空比能维持在合理区间，保证谐振过程的有效实现。在开关频率上，ACF 也高于 AHB，这使得 ACF 在相同功率输出下，电感电流斜率更大，能更好地满足电源适配器对高效功率传输的需求。在效率方面，ACF 同样领先于 AHB，其变压器匝比的选择更灵活，可有效降低原边损耗，提高整体效率。

展望未来，随着技术的不断进步，有源钳位反激技术有望在电源适配器领域得到更广泛的应用。一方面，该技术将与更多新型功率器件深度融合，进一步挖掘其性能潜力。例如，随着氮化镓(GaN)器件性能的不断提升，与有源钳位反激技术结合，将使电源适配器在功率密度、效率等方面实现更大突破。另一方面，随着消费者对电源适配器性能和功能的要求日益多样化，有源钳位反激技术可能会朝着智能化方向发展，如实现智能功率分配、温度控制、故障诊断等功能，通过内置的微处理器和通信接口，实现对电源适配器的远程监控和管理，为用户带来更便捷、高效、安全的使用体验。

有源钳位反激技术凭借其在效率提升、尺寸缩小、EMI 性能改善等方面的显著优势，正成为电源适配器技术演进的重要方向。在未来，它将在推动电子设备行业发展，满足人们对高品质、高性能电源适配器需求的过程中发挥关键作用，引领电源适配器进入一个全新的发展阶段。