緒論

反激開關(guān)電源廣泛用于各種電子設(shè)備、儀器以及家電等，如臺式電腦和筆記本電腦的電源,電視機(jī)、DVD播放機(jī)的電源，以及家用空調(diào)器、電泳箱的電腦控制電盛的電源等，這些電源功率通常僅有幾十瓦。準(zhǔn)諧振是一種軟開關(guān)技術(shù)，能夠很好地降低反激電路中的開關(guān)損耗。

一．反激式開關(guān)電源原理

1.開關(guān)電源與線性電源

在各種電子設(shè)備中，需要多路不同電壓供電，如數(shù)字電路需要5V、3.3V、2.5V等，模擬電路需要±12V、±15V等，這就需要專門設(shè)計(jì)電源裝置來提供這些電壓。

a.線性電源

圖10-20采用先用工頻變壓器降壓,?然后經(jīng)過整流濾波后,由線性調(diào)壓器得到穩(wěn)定的輸出電壓。這種電源稱為線性電源。
現(xiàn)實(shí)中經(jīng)常用的線性三端穩(wěn)壓器如7805、7905等等，原理圖如下所示

圖中Vin是8V，Vout是5V。LM7805將8V電壓降到5V，壓差是3V。當(dāng)負(fù)載電流是1.5A時(shí)，流過LM7805的電流也是1.5A，可以計(jì)算效率=51.5/（81.5）=62.5%，壓差越大效率就越低，損耗的功率全用在LM7805發(fā)熱了。

因此，線性電源有效率低的缺點(diǎn)，所以現(xiàn)在很多場合基本用開關(guān)電源。

b.開關(guān)電源

開關(guān)電源可以分為交流輸入和直流輸入，主要說一下直流輸入開關(guān)電源。
直流-直流變換器分為隔離型和非隔離型兩類，隔離型多采用反激、正激、半橋等隅離型電路，而非隔離型采用buck、boost、buck-boost 等電路

開關(guān)電源有體積小、效率高的優(yōu)點(diǎn)。圖中分別為非隔離降壓斬波和升壓斬波開關(guān)電源。都是通過控制開關(guān)管的開關(guān)來達(dá)到輸出電壓控制的目的。

2.反激式開關(guān)電源

原理如圖，當(dāng)開關(guān)管導(dǎo)通時(shí)，VIN給變壓器初級電感充電，初級測電感電壓上高下低，次級電感電壓上低下高，次級回路被二極管截止；當(dāng)開關(guān)管關(guān)斷時(shí)，由于電感電流不能突變?yōu)?，把電感看成一個(gè)源，為使電感電流維持，電感會在下端產(chǎn)生一個(gè)很高的電動勢。初級電感電壓上低下高，次級電感電壓上高下低，此時(shí)初級側(cè)有回路；
反激的意思就是開關(guān)管關(guān)斷期間能量從初級傳遞到次級，開通期間次級是沒有能量傳遞的。

二．準(zhǔn)諧振原理

1.開關(guān)損耗的起因

開關(guān)損耗，是指非理想的開關(guān)管在開通(關(guān)斷)時(shí)，開關(guān)管的電壓不是立即下降到零（上升），而是有一個(gè)下降（上升）時(shí)間，同時(shí)它的電流也不是立即上升（下降）到負(fù)載電流（0電流），也有一個(gè)過渡時(shí)間。在這段時(shí)間內(nèi)，開關(guān)管的電流和電壓有一個(gè)交疊區(qū)，會產(chǎn)生損耗，這個(gè)損耗即為開關(guān)損耗。

圖（1）導(dǎo)通時(shí)Is與Uds波形趨勢

圖（2）關(guān)斷時(shí)Is與Uds波形趨勢
從上面兩個(gè)圖可以看出，開關(guān)管在導(dǎo)通時(shí)電流電壓交叉面積比關(guān)斷時(shí)大，導(dǎo)通損耗比關(guān)斷損耗要大。
原因是電壓（電容Coss充放電）的變化比電流要慢，在關(guān)斷時(shí)電流變?yōu)?了，電壓也沒增加多少。

2.開關(guān)管關(guān)斷時(shí)的損耗

在開關(guān)管關(guān)斷時(shí),開關(guān)管電流下降,勵(lì)磁電感Lm上的多余電流通過開關(guān)管的輸出電容Coss使Vds上升。由于開關(guān)管的輸出電容較大通常為幾百pF, Vds上升的速度緩慢,則在開關(guān)管電流下降到零時(shí)漏源電壓僅上升一小部分,因此可以認(rèn)為反激式變換器中開關(guān)管在關(guān)斷時(shí)由電壓電流交疊引起的動態(tài)損耗可以忽略不計(jì)。如下圖所示，Is為0時(shí)開關(guān)管完全關(guān)斷，此時(shí)Vds繼續(xù)上升。開關(guān)管關(guān)斷過程結(jié)束時(shí),開關(guān)管的輸出電容上的電壓上升到VIN+N*（VR+Vo），儲存的能量為 0.5Coss[VIN+N*(VR+Vo)]^2

圖（2）關(guān)斷時(shí)Is與Uds波形趨勢

3.開關(guān)管導(dǎo)通時(shí)的損耗

當(dāng)開關(guān)管開通時(shí),開關(guān)管輸出電容上的能量將通過電容對開關(guān)管放電而全部被開關(guān)管的導(dǎo)通電阻消耗掉。則開關(guān)管開通過程中電壓電流交疊引起的動態(tài)損耗能量實(shí)際上就是關(guān)斷過程中存儲在開關(guān)管輸出電容上的能量。如圖可知開關(guān)管上電流與電壓交疊部分很多，他們的乘積很大。
圖（1）導(dǎo)通時(shí)Is與Uds波形趨勢導(dǎo)通損耗可以近似為
(A)
從式中可以看出，導(dǎo)通損耗與Coss、開關(guān)頻率、導(dǎo)通時(shí)Coss電壓成正相關(guān)。

4.準(zhǔn)諧振軟開關(guān)原理

從式(A)可以看出,要想降低開關(guān)管的動態(tài)損耗,可以從三方面考慮。一是降低Coss,但在高耐壓大電流的功率器件中實(shí)現(xiàn)低輸出電容是個(gè)巨大的挑戰(zhàn)；二是降低開關(guān)頻率關(guān),但在反激式變換器中降低頻率意味著增大變壓器和濾波器的體積,與電源設(shè)計(jì)的小型化相矛盾；那么僅剩第三種選擇,降低開關(guān)管導(dǎo)通時(shí)輸出電容兩端的壓降（導(dǎo)通時(shí)Coss電壓上升到 VIN+N*（VR+Vo））,就是在開關(guān)管導(dǎo)通前將輸出電容上存儲的能量回饋到變換器的其他元件中,并在稍后重新利用輸送給負(fù)載。準(zhǔn)諧振變換就屬于這種類型,在開關(guān)管關(guān)斷后,勵(lì)磁電感與開關(guān)管輸出電容產(chǎn)生諧振,如下圖所示，能量在電感和電容間來回震蕩。

當(dāng)電感上能量最大時(shí)，電容上的能量最小，電容上的電壓也較小，此時(shí)控制器控制開關(guān)管開通,使得輸出電容上的能量損耗達(dá)到最小。

從兩圖都可以看出Vds會有一個(gè)震蕩，這是在開關(guān)管關(guān)斷后，反激變換勵(lì)磁電感Lm和開關(guān)管輸出電容Coss的產(chǎn)生了震蕩。準(zhǔn)諧振就是對這一震蕩加以適時(shí)利用。
左圖為硬開關(guān)，不監(jiān)測Vds達(dá)到最小就直接導(dǎo)通，導(dǎo)通時(shí)刻Vds很高，Ids增加，Vds*Ids很大，損耗很大；右圖在震蕩中選擇Vds波谷進(jìn)行導(dǎo)通，使得Vds和Ids交叉面積變小，降低導(dǎo)通損耗，準(zhǔn)諧振控制就是這樣進(jìn)行的。

上圖為采用準(zhǔn)諧振控制后開關(guān)管電流電壓波形，可以看出電壓電流基本不交叉，導(dǎo)通損耗被降到了最小。

三.反激準(zhǔn)諧振控制的具體實(shí)現(xiàn)

見下一期。。。

然后上面的內(nèi)容大都參考了：
1.王兆安.《電力電子技術(shù)》.第五版
2.現(xiàn)代集成DC_DC變換器的高效率控制技術(shù)研究_陳海（硬開關(guān)）