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諧振變換器

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諧振變換器

體積很小的新型多功能集成電路的出現(xiàn)，對(duì)開關(guān)電源適配器的小型化具有重要意義。開關(guān)電源適配器小型化主要依靠提高開關(guān)頻率來減小變壓器和輸出濾波器的體積。另外，開關(guān)電源適配器也通過提高效率減小散熱器體積來減小自身體積。
目前開關(guān)電源適配器技術(shù)的一個(gè)主要目標(biāo)是使電源適配器工作頻率比現(xiàn)在通用的100~200kHx進(jìn)步提高。
然而，對(duì)前面討論的傳統(tǒng)的矩形波拓?fù)?，隨著開關(guān)頻率的提高，開關(guān)管的關(guān)斷損耗和開通損耗都會(huì)增加。 MOSFET管輸出電容的充放電造成的開通損耗在開關(guān)頻率高于IMHz時(shí)非常明顯。
在開關(guān)關(guān)斷期間，下降的電流和上升的集電極電壓之間出現(xiàn)重疊，產(chǎn)生一個(gè)很大的關(guān)斷損耗。隨著開關(guān)頻率的升高，開關(guān)管的關(guān)斷損耗會(huì)變得非常嚴(yán)重。開關(guān)管的損耗增加，會(huì)使所需的散熱器體積增大。因此，雖然頻率提高使變壓器和輸出濾波器的體積減小了，但電源適配器的總體積并未減小。而且，結(jié)一殼溫度會(huì)上升，通常1℃／W的結(jié)一殼熱阻仍會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的晶體管結(jié)溫。
在開關(guān)管的漏源極間（或集射極間）加緩沖器可以降低開關(guān)管的開關(guān)損耗。如果使用耗能型RCD緩沖電路，它并不能降低總開關(guān)損耗，只是簡(jiǎn)單地將開關(guān)管的損耗轉(zhuǎn)移到了緩沖電路的電阻中。無損級(jí)沖電路能降低開關(guān)管的開關(guān)損耗但當(dāng)頻率高于200kHz時(shí)還是會(huì)出現(xiàn)問題。

因此，要想在較高頻率下工作并使電源適配器體積更小，必須設(shè)法從根本上降低開關(guān)管的開關(guān)損耗。這可以使用諧振變換器來實(shí)現(xiàn)。請(qǐng)振變換器是由開關(guān)管加上諧振LC電路構(gòu)成的，它使流過開關(guān)管的電流變?yōu)檎也ǘ皇欠讲āＨ缓笤O(shè)法使開關(guān)管在正弦電流過零處導(dǎo)通和關(guān)斷。因此，關(guān)斷時(shí)刻的下降電流和上升電壓之間及導(dǎo)通時(shí)刻的上升電流和下降電壓之間只有微小的重疊，從而大大降低了開關(guān)損耗。使開關(guān)管在電流為零的時(shí)刻導(dǎo)通或關(guān)斷的電路稱為零電流開關(guān)（ Zero Current Switching，CS）電路。
即使開關(guān)管在正弦電流的過零處關(guān)斷，上升電壓和下降電流之間也沒有重疊。開關(guān)管可以沒有關(guān)斷損耗，但仍然有導(dǎo)通損耗。在11。1節(jié)曾指出，有相當(dāng)大的一部分能量0。5C，（2V）2儲(chǔ)存于 MOSFET管的較大的輸出電容中。當(dāng) MOSFET管每周期（刀）內(nèi)導(dǎo)通一次時(shí)，就在 MOSFET管上消耗了0。5C。（2V）2／7W的能量。能夠解決這種問題的電路稱為零電壓開關(guān)（ Lero Voltage Switching，Zs）電路。

12V電源適配器ZVS電路是通過讓開關(guān)管輸出電容成為電路中某個(gè)LC諧振電路的電容來實(shí)現(xiàn)零電壓開關(guān)的。那么開關(guān)管關(guān)斷時(shí)存儲(chǔ)在電容上的能量將毫無損失地回饋到電源適配器母線上。其工作方式類似于無損緩沖電路。
20世紀(jì)80年代中期，工業(yè)界開始廣泛關(guān)注諧振變換器。從那時(shí)起，很多研究人員進(jìn)入了這個(gè)領(lǐng)域，并發(fā)表了許多這方面的文章。提出了許多新的諧振變換器拓?fù)?，并都?duì)其進(jìn)行了數(shù)學(xué)分析。這當(dāng)中的大部分已被實(shí)際應(yīng)用，并且有很高的效率（80%~97%）和很高的功率密度。有些據(jù)說已經(jīng)達(dá)到了50W／in3，如此高的功率密度可用于DC／DC變換器，這種變換器沒有離線式變換器都必須有的大的輸入濾波電容。
然而，這些高功率密度轉(zhuǎn)換器通常需要通過外加散熱器來散熱，但此散熱器的體積和冷卻方式在計(jì)算功率密度時(shí)很少被考慮在內(nèi)。
充電器廠家：玖琪電源不可能討論所有諧振變換器拓?fù)浼八鼈兊墓ぷ鞣绞?，因此只概括地討論某些已被證明的拓?fù)浼捌涔ぷ髂Ｊ?，以作為諧振模式可參照的例子。
值得注意的是，在這個(gè)領(lǐng)域里，有的文章會(huì)提出一個(gè)新方法，很快就會(huì)有相關(guān)評(píng)論出現(xiàn)，如在電源適配器及負(fù)荷變動(dòng)較大或元件應(yīng)力較大的場(chǎng)合的應(yīng)用有局限性。在來年的會(huì)議上不僅會(huì)提出新技術(shù)，而且其他的研究人員會(huì)給出上一年問題的解決辦法，諸如此類。這只是簡(jiǎn)單地反映了個(gè)事實(shí)，即盡管諧振變換器在一些應(yīng)用場(chǎng)合有很大的優(yōu)勢(shì)，至今諧振變換器依然不具有PwM變換器的靈活性，它們不能很好地處理電源適配器不穩(wěn)定和負(fù)載變動(dòng)的問題。并且，與相同輸出功率的傳統(tǒng)PwM方波變換器相比，它們要承受很大的開關(guān)管峰值電流，在某些電路中，還要承受很大的電壓應(yīng)力。

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| 發(fā)布時(shí)間：2019.04.01    來源：電源適配器廠家
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