什麼是有源箝位反激(ACF)?

有源箝位反激 (ACF) 是在許多開關電源 (SMPS) 設計中用到的經典反激式 AC/DC 轉換器拓撲的演變。通過實現更快的開關速度、更高的效率和更小的組件,ACF 滿足了提高性能和降低功耗的需求,同時最大限度地減少了電源尺寸和重量。

ACF 拓撲與傳統的反激式轉換器不同,因為它可以重新利用變壓器漏

感中存儲的能量,而這些能量通常會在無源箝位緩衝電阻器中耗散。在開關週期期間向負載提供這種“回收”能量可提高轉換器效率。

除了回收之前作為熱量耗散的能量外,初級MOSFET關斷時的漏極電壓尖峰也顯著降低,從而使變壓器的初級和次級繞組之間的匝數比更優化。這有助於在次級側使用較低額定電壓的同步整流器開關。開關的較低額定電壓轉化為較低的成本和/或較低的導通電阻,從而減少導通損耗。

此外,ACF 轉換器中的準諧振 (QR) 谷值明顯更低,通常實際上實現了接近 ZVS 的操作,從而降低了開關損耗和 EMI。

綜上所述,ACF 反激式轉換器與傳統的基於 RCD 緩衝器的反激式轉換器相比具有多項優勢,包括提高效率和降低 EMI,這兩者都被認為是高密度電源適配器的必要技術。

Q

為什麼有源箝位反激 (ACF) 很重要?

當今的工程師面臨著不斷改進其產品和應用的規格和性能同時減小尺寸、重量和成本的壓力。與此同時,立法、行業標準和消費者對電力使用和排放的壓力正在推動通過提高電子設計的效率來最小化功耗的需求

在某些應用中,從傳統的反激式 AC/DC 轉換器拓撲轉變為有源箝位反激 (ACF) 拓撲為工程師提供了一種一次性解決所有這些挑戰的方法。

考慮到我們用來為手機、平板電腦、筆記本電腦和其他便攜式設備充電的電源和旅行適配器必須如何改變,可以找到 ACF 變得重要的一個很好的例子。隨著處理能力的增長,屏幕變得更加耗電並且功能增加,需要更多的能量。反過來,這需要更高的電池容量。然而,更高容量的電池使用傳統充電器充電需要更長的時間,這與當今的“移動”生活方式格格不入。

正因為如此,我們看到了朝向具有更高額定功率的高速充電器的轉變。保持這些充電器足夠小和足夠輕以保持便攜的唯一方法是提高效率並減小尺寸。

ACF 拓撲取代傳統的反激式設計是電源適配器設計人員實現這一目標的一種方式。

有源箝位反激如何工作?

在隔離式 AC/DC 開關模式電源 (SMPS) 最常用的拓撲結構中,傳統的反激式轉換器是一種簡單的電路,只需要幾個組件,並且能夠以大約 90% 的效率運行。典型設計將初級側 FET 和用於隔離的變壓器與無源 RCD 箝位電路、輸出整流器和用於濾波的組件相結合。

Traditional flyback converter

在操作期間,當初級側 FET 導通時,能量存儲在變壓器磁化電感中,並在 FET 關斷時轉移到負載。提高開關速度可以減小轉換器的整體尺寸,但代價是 FET 和變壓器中的開關損耗更高,從而降低了效率。對於無源 RCD 緩衝器,主要限制之一來自變壓器的漏感。當初級側 FET 開關時,存儲在漏感中的能量在箝位電阻器中以熱量的形式消散。較高的開關頻率會以熱量的形式產生過多的功率損耗,從而對最大開關頻率施加限制,如果超過該頻率,可能會導致電路損壞或災難性故障。這種“有源箝位”設計允許先前通過電阻器耗散的洩漏能量被“回收”,首先將其存儲在電容器 (Cclamp) 中,然後將其傳送到負載。

Flyback converter with active clamp circuit

除了回收以前作為熱量耗散的能量外,ACF 拓撲還可以根據實施方法提供額外的好處。 例如,將智能數位控制應用於箝位電路,可以實現初級反激式 FET 的接近零電壓開關 (ZVS) 開啟和關斷漏極電壓的管理。

這些技術不僅進一步提高了效率,而且有助於減少電磁干擾 (EMI),從而減少濾波所需的被動元件的尺寸和數量。直到最近,這種類型的自適應智能控制增加了電路的複雜性,而且實施起來並不簡單。然而,現在完全集成的 ACF 控制器的出現大大簡化了小型、輕型和高效轉換器的設計。

例如,考慮 Silanna Semiconductor SZ11xx 系列集成 ACF 控制器。這些器件使簡單的反激式控制器易於設計,具有 ACF 設計的所有優點,包括反激式變壓器漏感能量的循環利用和限制初級MOSFET關斷時漏極的電壓尖峰

 

例如,考慮 Silanna Semiconductor SZ11xx 系列集成 ACF 控制器。這些器件使簡單的反激式控制器易於設計,具有 ACF 設計的所有優點,包括反激式變壓器漏感能量的循環利用和限制初級MOSFET關斷時漏極的電壓尖峰

有源箝位反激 (ACF) 在哪裡使用

ACF 拓撲可用於各種 SMPS 應用,其中優化的功率密度和最少的組件數量是關鍵設計標準。

ACF 技術和集成 ACF 控制器的一些常見應用包括高密度移動充電器、快速 QC 和 USB-PD 充電器和適配器、用於電視和辦公設備的 AC-to-DC 電源以及 AC-to-DC 輔助電源.