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1、LkKNjCMn电源招聘专家一种准谐振反激式控制器功能简介电源适配器(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EPA2.0 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 标准标称功率输出(Pno)无员载功率0呷至1W 至 49W低压；M 0.0旳0*Ln( “- 5
2、6149W 至 250W标准* =0.870低压：三为此，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QRPWMICICE2QS03G。2CCMDCM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 关反激式转化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。LKKNXDfn2.1连续导电源招聘专家通模式图1a是典型的CCM工作波形。 转换器的输入功率是：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
3、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考虑。此外，在占空比大于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
4、 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: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： t =.xZ.xxJ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
5、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最4* 卜二1大输v7r J4入LKKNjCEMn电源招聘专家图1反激式转换器在不同工作模式下的典型工作由于导通电压更低, 条件下，开关频率很高, 凌的数字降频ICE2QS03G在轻载未加限频的QR工作模式虽然具备较低的开通损耗。但是， 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 (获得专利)概念由此被开发出来。3.1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
6、，谐振周期利用 等式计算。在等式中，Cds为MOSFET的漏-源极等效电容。这就解释了为什么当负载减小或输入电压升高的情况下，开关频率会提高。这是开关 电源所不希望见到的，因为高开关频率会导致高开关损耗。为了限制开关频率，英飞凌开 发出数字降频方法，确保不在第一个谐振谷点，而是在第二个、第三个、甚至在第七个谷点 进行操作一一这主要取决于负载条件 。事实上，ICE2QS03G的内部有一个寄存器，称为ZC计数器。该计数器可决定在哪个谷 点打开MOSFET。通过监控反馈电压可调节寄存器的值。当负载电流变小时，可通过控制 回路降低反馈电压，从而提高ZC计数器值，降低开关频率。当负载电流增大时，ZC计数
7、器 值将变小。表3详细介绍了 ZC计数器的变 化的工作原理，图2通过三个例子，说明ZC计数 器如何随着反馈电压变化而变化。由于采用可变ZC计数器和谷底开通，当输出负载降低时，转换器的实际开关频率会下 降，女口图3所示。表3ZC调节方法一览LJOOixiMn电源招聘专家条件上门计数器仏始终低于张L一，-Vfb 有时咼于 “KC 冲 无娈化%有时高于Vpjp也-曲Gr I蓬小1vfb有时高于验设置为丄clock1T-49ms11 r11! a1-Ti ji f4HF t亠-I-UptowncounterCase 12 : 3Case 237 : 16门芒1i & 54：4： 3比H CDUF4 :
8、 5!sr-T图2数字图注：Clock:时钟;Up/Down counter:上/下计数器;easel:例 1;Case 2 :降频例 2;Case 3:例3AULIenb崔 6匚一！一盂sQR 的开关频率对照图注：Switching frequency:开关频率;Active burst mode:主动突发模式;Free-running QR: 自 由 运 行 QR;Output power:输 出 功 率3.2 主 动 突 发 模 式 （ 已 获 专 利 ） 在轻载条件下，主要损耗是开关损耗和变压器磁损耗。两者都与开关频率有关。突发模式和跳周期模式是广泛采用的两种方法。通过采用突发模式和跳
9、周期模式降低轻载开关频率，可 大幅提咼能效。图4为主动突发模式的运行情况。要想进入突发模式，必须满足三个条件。第一，反馈电 压必须低于预设的阈值VFBEB设置进入突发模式的功率。第二，ZC上/下计数器的值必LKKNXDfn电源招聘专家须等于7,确保转换器处于轻载条件。最后，屏蔽时间应为24毫秒，避免由于一些可能出 现 的 瞬 变 引 起 的 干 扰。 若要退出突发模式，反馈电压应高于预设的阈值VFBLB。在主动突发模式运行过程中，当反 馈电压高于V FBBOn时，IC将启动开关操作。当反馈电压低于VFBBOff时，IC将停止开关操 作。VFBBoff为3.0V，VFBBOn为3.6V。该电压阈
10、值远高于传统突发模式的阈值，可节省IC和反 馈回路光电耦合器的能耗。由于其具备较高的电压电平，因此具备出色的抗噪性能。相对于 突发模式，这种运行更加稳定，从而实现更高的能效。图4主动突发模式运行：Enter bu rst:进入突发模式;Burst On:突发模式打开;Burst off:突 发模式关闭;Leave Burst:退出突发模式，Current limit level during burst mode:在突发模式运 行过程中的电流限值水平 20130720130730101758775.jpg border=03.3 最大功率限制（带折返校正功能 ） Pin与Ipk和fsw成比例，
11、而Ipk受电流采样限值Vcs的限制。根据等式，我们可以看 到fsw与Vin成比例。当线路电压升高时，转换器输入功率会变得很大。当线路电压升高时， 需要限制电流采样水平，从而限制最大输入功率。对于ICE2QS03G而言，可通过ZC管脚输 出的电流获得输入电压信息。这是因为，辅助绕组可感应与输入电压成比例的负电压。由于 ZC管脚在内部被钳位到-0.3V,因此ZC管脚的输出电流与输入电压成比例，如等式（12）所示。 通过调节Vcs值，可有效限制最大输入功率。图5为检测电路。该IC采用了数字比较电路。 图6为最 大Vcs限值VS输入电压（与Izc成正比）。4结论本文对反激式转换器的结论是，无论在满负载、中等负载和轻负载条件下，具备数字降频特 性的QR工作模式都可获得极高的能效。利用主动突发模式特性，可将在265V（交流）输入电 压条件下的待机功耗限制在100mW以下。这使设计可轻而易举地满足相关标准要求，例如 EPA2.0 Level V 标准。
一种准谐振反激式控制器功能简介
