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ACF在超高清电源中实现了成本和性能的平衡

文章作者:鲍勃·卡德

活跃的钳位反激是在UHD电源中击中成本和性能之间的最佳平衡的首选架构。

新的和新兴应用程序，如USB-C PD 3.0 100 W可编程电源（PPS），用于较小，更紧凑的开关模式电源（SMPS）的形式因子，通常被称为超高密度（UHD）。正如你可以看到的那样图1，提高开关频率会降低变压器体积，受益于UHD，但更高的开关频率会增加功耗，需要不断发展的反激式架构。

在〜100kHz的固定频率/多模式反激切换驱动标准SMPS适配器中看到的较大变压器。迁移到准谐振（QR）反激将开关频率增加到〜280 kHz，从而将变压器减少到较小的RM8形状因子。采用活动钳位反激（ACF）使您达到约450 kHz，使较低的轮廓RM8LP变压器。最后，用氮化镓（GaN）替换硅接线（SJ）FET，可实现> 600 kHz开关甚至更小的变压器体积。

图1增加开关频率降低变压器体积，但更高的开关频率增加功耗。来源:在半导体上

回程的介绍

反激式是一种流行的低功率和中功率交直流变换器拓扑结构，主要是因为其成本低和易于使用。反激式采用直流输入，包括变压器、电源开关(Q1)和次级侧二极管(图2）。变压器（点表示初级侧的点是从次级侧的相位超过1800）是耦合电感器，其中当电源开关关闭时才能从初级转移到次级的能量。

图2反激拓扑包括变压器，电源开关和次级侧的二极管。来源:在半导体

回程操作

电源开关（Q1）打开时（图3，左），电流从VIN流动，导致能量存储在初级侧和次级侧（通量场扩展）电感器中。电流不流入次要，因为二极管由于180º反转而导致偏置偏置。

当电源开关关闭时（图3，右），初级和次要通量字段都开始崩溃，主要侧极性变化（反激活），现在电流流在次级侧，因为二极管正向偏置。

图3该图显示了电源开关（左）和关闭（右）时的反激操作。来源:在半导体

反激泄漏电感

不幸的是，当电源开关(Q1)关闭时，一次侧漏感(L_漏）与电源开关漏极到源电容C相互作用_DSS.，导致V_DS，这可能会损坏MOSFET（图4(左)。一个无源的，电阻电容二极管的RCD钳位，称为缓冲器，可以添加来保护MOSFET(图4，右)。缓冲器移动L_漏能量从MOSFET漏极到缓冲电容(C_C)，并以热量的形式在R_C．缓冲器并不能提高反激效率。

图4增加一个RCD缓冲器可以保护MOSFET。来源:在半导体

次级侧的同步整流器

更换“自由轮”二极管（图5使用MOSFET(图5中的Q2，右)提高了二次侧效率。R_DSONMOSFET的功率远低于硅二极管（0.6V正向偏压）或甚至肖特基（0.3V）二极管。

图5在二次侧加入SR MOSFET提高了效率。来源:在半导体

谷切换和准谐振反激

在次级侧电流之后（I_{证券交易委员会})已达到零，或间断模式(DCM)， Q1电源开关V_DS由于磁化电感和开关节点电容之间的共振，可以表现出振荡（图6）。这些振荡形成山谷。QR Switch会寻找下一个电源开关的最低谷点。简单地，在峰期间转动Q1 Q1增加了功耗，并且在山谷期间将Q1转动降低功耗。

图6电源开关可以展示谷开关振荡。来源:在半导体

主动夹回扫

更换钳位二极管(图7使用MOSFET (Q3)提高效率(图7，右)，以及保护电源开关(Q1)。

图7ACF架构提高了电源效率。来源:在半导体

ACF架构可以将泄漏电感回回负载。参考相对时序图图8，电源开关（Q1）在T0和T2处截止。在T2处，漏电电感（ICLAMP）开始流过有源钳位（Q3）体二极管，对钳位电容器（Vclamp）充电。在T4，Q3开启，继续vclamp充电。在T5，ICLAMP变为负，现在VCLAMP将泄漏电感返回到负载，直到T7直到T7。

图8在该相对时序图中显示了ACF泄漏电感回收。来源:在半导体