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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，對開關電源適配器的小型化具有重要意義。開關電源適配器小型化主要依靠提高開關頻率來減小變壓器和輸出濾波器的體積。另外，開關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。
目前開關電源適配器技術的一個主要目標是使電源適配器工作頻率比現在通用的100~200kHx進步提高。
然而，對前面討論的傳統的矩形波拓撲，隨著開關頻率的提高，開關管的關斷損耗和開通損耗都會增加。 MOSFET管輸出電容的充放電造成的開通損耗在開關頻率高于IMHz時非常明顯。
在開關關斷期間，下降的電流和上升的集電極電壓之間出現重疊，產生一個很大的關斷損耗。隨著開關頻率的升高，開關管的關斷損耗會變得非常嚴重。開關管的損耗增加，會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，結一殼溫度會上升，通常1℃／W的結一殼熱阻仍會導致嚴重的晶體管結溫。
在開關管的漏源極間（或集射極間）加緩沖器可以降低開關管的開關損耗。如果使用耗能型RCD緩沖電路，它并不能降低總開關損耗，只是簡單地將開關管的損耗轉移到了緩沖電路的電阻中。無損級沖電路能降低開關管的開關損耗但當頻率高于200kHz時還是會出現問題。

因此，要想在較高頻率下工作并使電源適配器體積更小，必須設法從根本上降低開關管的開關損耗。這可以使用諧振變換器來實現。請振變換器是由開關管加上諧振LC電路構成的，它使流過開關管的電流變為正弦波而不是方波。然后設法使開關管在正弦電流過零處導通和關斷。因此，關斷時刻的下降電流和上升電壓之間及導通時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損耗。使開關管在電流為零的時刻導通或關斷的電路稱為零電流開關（ Zero Current Switching，CS）電路。
即使開關管在正弦電流的過零處關斷，上升電壓和下降電流之間也沒有重疊。開關管可以沒有關斷損耗，但仍然有導通損耗。在11。1節曾指出，有相當大的一部分能量0。5C，（2V）2儲存于 MOSFET管的較大的輸出電容中。當 MOSFET管每周期（刀）內導通一次時，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（ Lero Voltage Switching，Zs）電路。

12V電源適配器ZVS電路是通過讓開關管輸出電容成為電路中某個LC諧振電路的電容來實現零電壓開關的。那么開關管關斷時存儲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80年代中期，工業界開始廣泛關注諧振變換器。從那時起，很多研究人員進入了這個領域，并發表了許多這方面的文章。提出了許多新的諧振變換器拓撲，并都對其進行了數學分析。這當中的大部分已被實際應用，并且有很高的效率（80%~97%）和很高的功率密度。有些據說已經達到了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算功率密度時很少被考慮在內。
充電器廠家：玖琪電源不可能討論所有諧振變換器拓撲及它們的工作方式，因此只概括地討論某些已被證明的拓撲及其工作模式，以作為諧振模式可參照的例子。
值得注意的是，在這個領域里，有的文章會提出一個新方法，很快就會有相關評論出現，如在電源適配器及負荷變動較大或元件應力較大的場合的應用有局限性。在來年的會議上不僅會提出新技術，而且其他的研究人員會給出上一年問題的解決辦法，諸如此類。這只是簡單地反映了個事實，即盡管諧振變換器在一些應用場合有很大的優勢，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定和負載變動的問題。并且，與相同輸出功率的傳統PwM方波變換器相比，它們要承受很大的開關管峰值電流，在某些電路中，還要承受很大的電壓應力。

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| 發布時間：2019.04.01    來源：電源適配器廠家
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