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飞兆半导体特稿 2009 年 6 月 准谐振和谐振转换准谐振和谐振转换：两种提高电源效率的技术：两种提高电源效率的技术 准谐振和谐振转换准谐振和谐振转换：：两种提高电源效率的技术两种提高电源效率的技术 作者：飞兆半导体欧洲分公司功率转换及工业系统部门市场开发经理 Jon Harper 引言引言/摘要摘要 引言引言 摘要摘要 全球对能源成本上涨、环保和能源可持续性的关注正在推动欧盟、美国加州等地的相关机构相继推 出降低电子设备能耗的规范。交流输入电源，不论是独立式的还是集成在电子设备中的，都会造成 一定的能源浪费。首先，电源的效率不可能是 100% 的，部分能量在电源大负载工作时被浪费掉。 其次，当负载未被使用时，连接交流线的电源会以待机功耗的形式消耗能量。 近年来，对电源效率等级的要求日趋严格。最近，80% 以上的效率已成为了基本标准。新倡议的能 效标准更是要求效率达到 87%及以上。此外，只在满负载下测量效率的老办法已被淘汰。目前的新 标准涉及了额定负载的 25%、50%、75% 和 100% 这四个点的四点平均水平。同样地，最大允许待 机功耗也越来越受到限制，欧盟提议所有设备的待机功耗均应低于 500mW，对于我们将讨论的电 视机，则小于200mW 。 除专家级的高效率电源设计领域之外，电子设备中所用的功率范围从 1W 到 500W 的交流输入电 源 ，一直以来主要采用两种拓扑：标准 (或硬开关) 反激式 (flyback) 拓扑，和双开关正激拓扑。这 两种拓扑都很易于理解，而它们存在的问题，以及如何予以避免，业界都已有充分的认识。 不过，随着对效率的要求不断提高，这两种拓扑将逐渐为三种新的拓扑所取代：准谐振反激式拓 扑、LLC 谐振转换器拓扑和不对称半桥拓扑。准谐振反激式拓扑已被成功用于最低功率级到 200W 以上的范围。在 70W-100W 范围，LLC 谐振转换器比准谐振反激式拓扑更有效。而在这两个功率 级之上，不对称半桥转换器也很有效。 工作原理工作原理 工作原理工作原理 准谐振和谐振拓扑都能够降低电路中的导通开关损耗。图 1 对比了连续传导模式 (CCM) 反激式、 准谐振反激式和 LLC 谐振转换器的导通开关波形。 所有情况下的开关损耗都由下式表示： 1 1 2 P = V I ⋅t ⋅ f + C V ⋅ f TurnOnLoss DS D ON SW OSSeff DS SW 2 2 这里，P 为开关损耗；I 为 漏极电流；V 是开关上的电压；C 是等效输出电容值(包 TurnOnLoss D DS OSSeff 括杂散电容效应) ；tON 是导通时间，而 fSW 是开关频率。