發布日期：2022-04-20 點擊率：90
球對能源成本上漲、環保和能源可持續性的關注正在推動歐盟、美國加州等地的相關機構相繼推出降低電子設備能耗的規范。交流輸入電源，不論是獨立式的還是集成在電子設備中的，都會造成一定的能源浪費。首先，電源的效率不可能是100% 的，部分能量在電源大負載工作時被浪費掉。其次，當負載未被使用時，連接交流線的電源會以待機功耗的形式消耗能量。
近年來，對電源效率等級的要求日趨嚴格。最近，80% 以上的效率已成為了基本標準。新倡議的能效標準更是要求效率達到87%及以上。此外，只在滿負載下測量效率的老辦法已被淘汰。目前的新標準涉及了額定負載的25%、50%、75% 和 100% 這四個點的四點平均水平。同樣地，最大允許待機功耗也越來越受到限制，歐盟提議所有設備的待機功耗均應低于500mW，對于我們將討論的電視機，則小于200mW。除專家級的高效率電源設計領域之外，電子設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撲：標準 (或硬開關) 反激式 (flyback) 拓撲，和雙開關正激拓撲。這兩種拓撲都很易于理解，而它們存在的問題，以及如何予以避免，業界都已有充分的認識。不過，隨著對效率的要求不斷提高，這兩種拓撲將逐漸為三種新的拓撲所取代：準諧振反激式拓撲、LLC諧振轉換器拓撲和不對稱半橋拓撲。準諧振反激式拓撲已被成功用于最低功率級到200W以上的范圍。在70W-100W范圍，LLC諧振轉換器比準諧振反激式拓撲更有效。
反激式和 LLC 功率轉換拓撲受到了如此多的關注，我想是時候拜訪一位老朋友了：正向拓撲。它已經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撲在設計簡單、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用（小于 300W）。
圖 1：來自TI 電源拓撲電路的基本正向拓撲
與反激式相比，正激轉換器的主要優勢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位問題，而有源鉗位正激 (ACF) 使用輔助開關來代替 RCD 鉗位的二極管和電阻器以減少泄漏。零電壓開關 (ZVS) 技術用于解決開關損耗。
我們使用各種方法與所有這些方法試圖改善的兩個主要特性的結果進行了比較：效率和電壓壓力。圖 2 支持 Leu 的結論，即 ACF（在圖 1 中稱為 FAC）具有最佳性能，提供最低的應力和最高的效率。
圖 2：正激轉換器中效率和電壓應力的比較
德州儀器 (TI) 有多種 ACF 拓撲可供選擇，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/復位技術實現功率轉換器所需的所有功能。與傳統的捕獲繞組或RDC箝位/復位技術相比，使用有源箝位技術可以實現更高的效率和更高的功率密度。提供兩個控制輸出：主電源開關控制（OUT＿A）和有源箝位開關控制（OUT＿B）。兩個內部復合柵極驅動器并聯MOS和雙極器件，提供優越的柵極驅動特性。該控制器設計用于高速運行，包括高達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包括一個高壓啟動調節器，可在13 V至90 V的寬輸入范圍內工作。其他功能包括：線路欠壓鎖定（UVLO）、軟啟動、振蕩器上下同步功能、精確參考和熱關機。
UCC2897A是峰值電流模式固定頻率高性能脈沖寬度調制器。該控制器包括P通道輔助開關的邏輯和驅動能力，以及為正確的有源箝位操作編程臨界延遲的簡單方法。其特點包括一個內部可編程斜坡補償電路，精確的D-MAX限制，以及一個帶有內部定時電容器的同步振蕩器。精確的線路監測功能還可根據大容量輸入電壓VIN編程轉換器的接通和斷開轉換。UCC2897A增加了二級hiccup模式電流檢測閾值、雙向同步和輸入過壓保護功能。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 參考設計供免費下載。例如，非常流行的用于模塊更換的電信總線轉換器參考設計（帶有研討會材料）是一種 175W 電信 ACF 設計 (5V@35A)，外形非常小巧，效率高達 95%，傳導損耗比反激式低。
有源鉗位正激轉換器具有幾個關鍵優勢，并在所介紹的正激拓撲中提供最佳效率和最低電壓應力。向前一點沒關系：今天開始我們的有源鉗位設計。
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