一种准谐振反激式控制器介绍
来源： 作者： 发布时间：2015-03-18 11:00:07 浏览量：1 前言
电源适配器(Power adapter)是小型便携式电子设备及电子电器的供电电源变换设备，按其输出类型可分为交流输出型和直流输出型;按连接方式可分为插墙式和桌面式。广泛配套于电话子母机、游戏机、语言复读机、随身听、笔记本电脑、蜂窝电话等设备中。
表1显示了针对外部电源适配器的最新的EPA 2.0 Level V标准。该表重点介绍了平均能效和空载功耗以及轻载功耗。
表1针对外部电源适配器的EPA 2.0 Level V标准
为此，英飞凌针对绿色电源适配器解决方案开发出全新具备数字降频、主动突发模式和折返校正等特性QR PWM IC ICE2QS03G。
2 CCM DCM与QR工作模式对照
反激式转换器广泛应用于交流/直流电源，尤其适用于输出功率低于150W的电源。单开关反激式转换器具备三种基本工作模式：连续导通模式(CCM)、断续导通模式(DCM)和准谐振(QR)模式。这三种工作模式都具备各自的优缺点。
2.1 连续导通模式
图1a是典型的CCM工作波形。 转换器的输入功率是：
(1)
由于电感器存储的电能不完全转移到二次侧，因此在相同条件下，CCM工作模式所需的电感通常高于DCM工作模式所需的电感。此外，更高的电感意味着主侧开关电流具备较低的交流/直流转换率，因此获得更低的导通损插件电感耗。不过，随着原边电感值的升高，变压器的磁损耗也会增大，因此在开关导通损耗和变压器导通损耗之间需折衷叠层片式电感器考虑。
此外，在占空比大于共模电感0.5的条件下，为避免次谐波振荡，需要加入斜率补偿功能。由于高压输入下，导通时间较短，高压下的补偿值低于低压下的补偿值。这将使高压下的最大输出功率远远高于低压下的最大输出功率。实际上，采用CCM工作模式的SMPS IC针对某个具体的设计只具备一条补偿曲线。如果设计发生变化，最大功率限制性能也会随之变化。
2.2 断续导通模式
图1b是采用D CM工作模式的反激式转换器的典型工作波形。 该转换器的输入功率是：
(2)
如上所述，在MOSFET导通期间电感存储的电能在MOSFET关断期间完全转移至次侧。最大功率只与电感、开关频率和峰值电流有关。对于采用固定频率的设计，在不同输入电压条件下，很容易通过使最大峰值电流保持不变来限制系统的最大输入功率。
2.3 自由运行准谐振模式
图1c是 在QR工作模式下的典型工作波形。该转换器的输入功率是：
(3)
在变压器二次侧电流为零时，原边主电感和漏源及线路的寄生电容发生谐振，功率开关只在漏源电压的最低点开通。在这种条件下，开关频率由输出负载和输入电压决定。如果峰值电流限制保持不变，在高输入电压条件下，开关频率将大幅提高。这将导致在高压下很高的最大输入功率。
图1反激式转换器在不同工作模式下的典型工作波型
3 ICE2QS03G 特性
由于导通电压更低，未加限频的QR工作模式虽然具备较低的开通损耗。但功率电感是，在轻载条件下，开关频率很高，效率下降的很快。因此，在这些条件下，需要限制开关频率。英飞凌的数字降频(获得专利)概念由此被开发出来。
3.1 数字降频概念
对于QR工作模式而言，开关周期包括三个部分：导通时间(Ton)、关断时间(Toff)和半谐振周期(Tres)。根据变压器主侧电感器的伏特-秒平衡，Ton和Toff 可利用(4) 和 (5)等式计算，谐振周期利用(6)等式计算。在(6)等式中，Cds 为MOSFET的漏-源极等效电容。
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