原创 30W 准谐振开关电源

作者：飞兆半导体 Alfred Hesener

对于工作在低功率的开关电源， 反激式拓扑通常提供了最佳的效率，但在开关管上可能存在高电压应力风险。 使用准谐振开关方法可以帮助避免这种情况，还可以改善EMI性能。 支持谷底导通的 PWM 转换器，提供了一个最佳的解决方案，并可以作为各种不同功率范围电源的基础。

图 1 给出了一个通用的准谐振反激式转换器的原理图。

图 1. 通用的准谐振反激式转换器

原理图左侧显示了与整流桥的输入连接。 通过二极管和电阻给控制 IC供电 用于启动转换器。 在工作过程中，控制 IC 通过辅助绕组（显示在原理图中间和变压器的一部分）给自己供电。 辅助绕组包括一个电阻分压器，使控制器能测量绕组的电压波形，并确定何时打开开关管。 一个外部 MOSFET 被用作主电源开关，与一个电流取样电阻串联以测量一次侧电流。 二次侧电路包括整流回路和具有电压基准及光耦的稳压回路，。

使用如图 1 所示的通用原理图作为参考方案，我们用高度集成的的飞兆 FAN6300A/H PWM 控制器开发了一个电源。 我们选择 FAN6300A，因为它具有在准谐振拓扑中提高电源性能的多种功能，例如：支持谷底导通等。 如图 2 所示，在下个周期中芯片选择其中一个谷底电压打开开关管。

图 2. 谷底导通操作

黄线是主开关管的漏源电压，蓝线是流过主开关管的电流。 大约能看见两个开关周期的波形。 控制器工作在不连续模式下，如图所示，能量转移后电压波形有低频振荡。 选择其中一个电压最低点打开主开关管 – 在这种情况下，是排在第四个的最小电压。 这可确保低电压导通，并最大限度减少了开关损耗。 该控制器具有最小关断时间，以确保轻载时开关频率不高。 在轻载时，关断时间被调制的更长，有效降低开关频率以及任何相关的损耗。

图 3 显示了配备了FAN6300A的 30W 电源 ，能够处理高达 1000V 直流电压输入，并在整个负载范围内具有很高的工作效率。

图 3. 使用 FAN6300A PWM 控制器的 30W 电源

为了处理输入端高直流电压，几个电容被串联起来。 一个 TVS 二极管被用来执行电压缓冲功能并降低功耗。 一个低电压 MOSFET、一个双极晶体管组成的级联，实现了主开关功能。一个光耦合器被用于建立反馈回路。

级联有几个优势。 因为双极晶体管开关时，米勒电容不起作用，开关速度会非常快。 输出电容很低，设计鲁棒性很强。 此外，双极晶体管和MOSFET的级联比较容易实现高耐压，并且对于控制器来说MOSFET易于被驱动。

图 4 显示了图 3 所示电路的效率。

图 4. 30W 电源的效率测试结果

在每个输入电压水平，在整个输出功率范围内效率都非常高。 在大多数情况下，效率在 80％ 以上、功率更高时，效率超过 85％。 当开关级联电路工作在准谐振开关系统时，效率基本上与输入电压无关，这表现出开关级联电路很低的开关损耗。 虽然未在图 4 中显示，但在低至 80V 的交流电源、高至 1200V的直流电源环境下，该30W 电源可以轻松应对，并表现了出色的稳定性。

结论

用一个包括各种保护功能的新型 PWM 控制器来实现的准谐振操作，具有良好的性能和优异的鲁棒性，输入电压范围很宽，效率极高，满足了许多工业应用的要求。 这里描述的 30W 电源设计方案是一个完全经得起考验的参考设计，并有特性报告和测试数据。 还有基于类似控制机制、旨在用于 8W 和 80W系统的其它设计。 有关详细信息，请联系飞兆半导体公司。