緒論

反激開關電源廣泛用于各種電子設備、儀器以及家電等，如臺式電腦和筆記本電腦的電源,電視機、DVD播放機的電源，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。準諧振是一種軟開關技術，能夠很好地降低反激電路中的開關損耗。

一．反激式開關電源原理

1.開關電源與線性電源

在各種電子設備中，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，這就需要專門設計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。當負載電流是1.5A時，流過LM7805的電流也是1.5A，可以計算效率=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，所以現(xiàn)在很多場合基本用開關電源。

b.開關電源

開關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

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

2.反激式開關電源

原理如圖，當開關管導通時，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；當開關管關斷時，由于電感電流不能突變?yōu)?，把電感看成一個源，為使電感電流維持，電感會在下端產(chǎn)生一個很高的電動勢。初級電感電壓上低下高，次級電感電壓上高下低，此時初級側(cè)有回路；
反激的意思就是開關管關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．準諧振原理

1.開關損耗的起因

開關損耗，是指非理想的開關管在開通(關斷)時，開關管的電壓不是立即下降到零（上升），而是有一個下降（上升）時間，同時它的電流也不是立即上升（下降）到負載電流（0電流），也有一個過渡時間。在這段時間內(nèi)，開關管的電流和電壓有一個交疊區(qū)，會產(chǎn)生損耗，這個損耗即為開關損耗。

圖（1）導通時Is與Uds波形趨勢

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

2.開關管關斷時的損耗

在開關管關斷時,開關管電流下降,勵磁電感Lm上的多余電流通過開關管的輸出電容Coss使Vds上升。由于開關管的輸出電容較大通常為幾百pF, Vds上升的速度緩慢,則在開關管電流下降到零時漏源電壓僅上升一小部分,因此可以認為反激式變換器中開關管在關斷時由電壓電流交疊引起的動態(tài)損耗可以忽略不計。如下圖所示，Is為0時開關管完全關斷，此時Vds繼續(xù)上升。開關管關斷過程結(jié)束時,開關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）關斷時Is與Uds波形趨勢

3.開關管導通時的損耗

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

4.準諧振軟開關原理

從式(A)可以看出,要想降低開關管的動態(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現(xiàn)低輸出電容是個巨大的挑戰(zhàn)；二是降低開關頻率關,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,與電源設計的小型化相矛盾；那么僅剩第三種選擇,降低開關管導通時輸出電容兩端的壓降（導通時Coss電壓上升到 VIN+N*（VR+Vo））,就是在開關管導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載。準諧振變換就屬于這種類型,在開關管關斷后,勵磁電感與開關管輸出電容產(chǎn)生諧振,如下圖所示，能量在電感和電容間來回震蕩。

當電感上能量最大時，電容上的能量最小，電容上的電壓也較小，此時控制器控制開關管開通,使得輸出電容上的能量損耗達到最小。

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

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

三.反激準諧振控制的具體實現(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》.第五版
2.現(xiàn)代集成DC_DC變換器的高效率控制技術研究_陳海（硬開關）