隨著天然氣價(jià)格飆升、歐洲大陸電價(jià)暴漲，近期刷新歷史新高的能源價(jià)格正在持續(xù)沖擊歐洲經(jīng)濟(jì)。歐洲工業(yè)企業(yè)紛紛就能源成本發(fā)出警告，科索沃200萬(wàn)人口已經(jīng)輪流“斷電”，企業(yè)、民眾苦不堪言……更糟糕的是，交易員甚至在押注供不應(yīng)求的緊張局面將持續(xù)到2023年初。即使明年到了炎熱的夏季，能源價(jià)格也會(huì)非常昂貴，明年夏季交付的天然氣價(jià)格已經(jīng)超過(guò)了每兆瓦時(shí)100歐元，創(chuàng)下歷史新高。

更高的能源成本、環(huán)境問(wèn)題和可持續(xù)性能源問(wèn)題正在推動(dòng)歐盟 (EU) 和其他各種監(jiān)管機(jī)構(gòu)專(zhuān)注于減少電子設(shè)備浪費(fèi)的能源。交流輸入電源是這種浪費(fèi)能源的主要來(lái)源，無(wú)論是在重負(fù)載下還是在待機(jī)狀態(tài)下。

直到最近，電源的效率標(biāo)準(zhǔn)還好于 80%。新舉措正在推動(dòng)效率達(dá)到 87% 及以上。此外，傳統(tǒng)的滿(mǎn)載效率測(cè)量已不再可接受?，F(xiàn)在的標(biāo)準(zhǔn)是在額定負(fù)載的 25、50、75 和 100 倍時(shí)測(cè)量效率并確定平均值。同樣，最大允許待機(jī)功率水平也在收緊。歐盟建議所有設(shè)備的待機(jī)功率水平低于 500 mW，電視的待機(jī)功率水平低于 200 mW。

在特殊高效電源設(shè)計(jì)領(lǐng)域之外，用于 1 至 500 瓦應(yīng)用的典型交流輸入電源使用“硬開(kāi)關(guān)”反激式和雙開(kāi)關(guān)正激拓?fù)?。但它們正被?zhǔn)諧振反激式、LLC 諧振轉(zhuǎn)換器和不對(duì)稱(chēng)半橋拓?fù)渌〈?。在本文中，我們將討論?zhǔn)諧振和諧振操作之間的區(qū)別，以及它們的最佳應(yīng)用。

基本原理

準(zhǔn)諧振和諧振拓?fù)涠纪ㄟ^(guò)降低電路中的開(kāi)啟開(kāi)關(guān)損耗來(lái)發(fā)揮作用。圖 1 顯示了在連續(xù)導(dǎo)通模式 (CCM) 下工作的反激、準(zhǔn)諧振反激和 LLC 諧振轉(zhuǎn)換器的開(kāi)啟開(kāi)關(guān)波形差異。

CCM 反激式轉(zhuǎn)換器的開(kāi)關(guān)損耗最高。對(duì)于寬范圍輸入電壓設(shè)計(jì)，V DS 約為 500 至 600 伏，即輸入電壓V DC 和反射輸出電壓V RO 之和。當(dāng)轉(zhuǎn)換器在非連續(xù)導(dǎo)通模式 (DCM) 下運(yùn)行時(shí)，開(kāi)關(guān)損耗的第一項(xiàng)下降到零，因?yàn)槁O電流下降到零。我們可以通過(guò)打開(kāi)電壓波形中的第一個(gè)(或以后)最小值來(lái)進(jìn)一步降低準(zhǔn)諧振轉(zhuǎn)換器的損耗。

如果準(zhǔn)諧振反激式轉(zhuǎn)換器的匝數(shù)比為 20，輸出電壓為 5 伏，則V RO 將為 100 伏。因此，對(duì)于 375 伏的總線(xiàn)電壓，開(kāi)關(guān)將在 275 伏時(shí)打開(kāi)。如果有效輸出電容C OSSeff 為 73 pF，開(kāi)關(guān)頻率f SW 為 66 kHz，則功率損耗為 0.18 瓦。對(duì)于標(biāo)準(zhǔn) CCM 反激式轉(zhuǎn)換器，開(kāi)關(guān)不同步，并且漏極電壓振鈴。在最壞的情況下，漏極電壓高于V DC 。功率損耗為由此產(chǎn)生的損耗為 0.54 瓦。因此，對(duì)于非連續(xù)模式反激式轉(zhuǎn)換器，功率損耗在 0.18 到 0.54 瓦之間波動(dòng)，具體取決于時(shí)序。影響時(shí)序的因素是輸入電壓和輸出電流，有利的因素會(huì)帶來(lái)更高的效率。這通常被視為不連續(xù)模式反激轉(zhuǎn)換器的滿(mǎn)載效率曲線(xiàn)的異常變化。這里輸入電壓隨著恒定的輸出電流(和電壓)而變化。當(dāng)我們沿著切換點(diǎn)移動(dòng)時(shí)，效率曲線(xiàn)將顯示波動(dòng)。不同批次初級(jí)電感的變化也會(huì)表現(xiàn)出變化，因此效率也會(huì)不同。

諧振轉(zhuǎn)換

器 另一方面，諧振轉(zhuǎn)換器使用不同的技術(shù)來(lái)降低開(kāi)關(guān)損耗?；氐介_(kāi)啟損耗方程，如果V DS 設(shè)置為零，則根本沒(méi)有損耗。這一原理被稱(chēng)為零電壓開(kāi)關(guān) (ZVS)。它用于諧振轉(zhuǎn)換器，特別是 LLC 諧振轉(zhuǎn)換器。

零電壓開(kāi)關(guān)是通過(guò)迫使流過(guò)開(kāi)關(guān)的電流反向來(lái)實(shí)現(xiàn)的。當(dāng)開(kāi)關(guān)電流反向時(shí)，體(或外部反并聯(lián))二極管將電壓鉗位到一個(gè)低值(例如，1 伏)。這遠(yuǎn)低于前面提到的典型反激式轉(zhuǎn)換器的 400 伏。

實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)需要一個(gè)諧振電路。兩個(gè) MOSFET 產(chǎn)生方波并將其應(yīng)用于諧振電路。如果我們選擇高于諧振的工作點(diǎn)，則流入諧振電路的電流將近似為正弦波，因?yàn)楦唠A分量通常被很好地衰減。正弦電流波形滯后于電壓波形。因此當(dāng)電壓波形達(dá)到其零交叉點(diǎn)時(shí)，電流仍然為負(fù)，允許零電壓開(kāi)關(guān)。