零电压开通高效反激电源设计与分析-FFR-AHB-电子研习社
今天学习的课程是高效反激电源的设计，由梁晓军主讲。
主要包括三大块内容：
如何实现高功率密度的USB PD电源
基于强制谐振反激零电压开通拓扑设计与分析
基于不对称半桥反激拓扑设计与分析（较新）
- 如何实现高功率密度的USB PD电源
高频（140K-250K近两年最佳工作频率）、软开关拓扑、平面变压器、可调整的频率法则、较小的共模EMI噪声（可以使用较小的共模滤波器，可使用变压器构造抵消EMI）。
拓扑的选择，如下图为常用的反激拓扑。
准谐振反激（QR）在高压输入时候仍有较大开关损耗。而使用零电压开通更适合。如下图。
有源钳位反激。如下图，但是使用Si器件的话功率密度做不大。在第一个谷底开通，高低压频率变化比较大。
全电压范围零电压开通反激。如下图，增加了一个零电压开关的辅助管，产生负电流，将主功率管Coss两端的电压抽到零。
LLC半桥，如下图。效率很高，但不适合宽电压输入输出，不太适合宽压USB PD的设计。
不对称半桥反激，如下图。与LLC类似但是还是反激的架构。通过电感和谐振电容储能，可以适合宽压输入输出。
下图是各种拓扑的对比。ACF适合用GaN器件，在以后可能有市场。相比而言，现在还是比较适合使用零电压开通反激的拓扑。
可调整的频率法则需求。可以根据不同的输入输出电压、负载变化等改变频率。例如当10%负载时可以降低频率以满足对轻载的能耗要求。
EMI设计。
如何减小EMI噪声。
理想LC滤波器在谐振频率点就开始衰减了，频率越高，滤波效果越好。但是考虑了寄生参数的影响之后，会有自谐振点导致对高频的衰减不够。例如在10MHz以后就跟明显了。如下图，在高频段滤波效果就会很糟糕。
反激电路变压器共模噪声抵消技术，如下图。如果将次级整流二极管放在高端，将对EMI有好处，EMI会相互抵消。但是如果使用MOS做同步整流，则EMI会相互叠加，造成EMI难以控制。
还可以通过变压器设计来减小EMI。
下图是反激电路的共模噪声路径。
如下图，当变压器匝比为1:1时，就没共模噪声了，只要把原边靠近副边的部分设计成1:1就可以减小噪声。
EMI噪声是哪里来的？分为可接触的和不可接触的，如下图。可以通过时域波形进行分析。
-
基于强制谐振反激零电压开通拓扑设计与分析
电路增加了一个零电压开通的辅助管，如下图。
工作过程。在t0时刻，主MOS开通，在t1时刻关断主功率管，这部分与传统反激一样。主功率管关断之后，励磁电流对主功率管Coss充电，直到电压到Vin+Nvo。在t2-t3时刻，开通副边整流MOS（开通前有一个小delay），并且对辅助绕组的电容充电（通过MOS的体二极管）。T4-t5时刻，主管关断，SR关断，原边电感和Coss谐振。T5-t6时间，辅助管开通，负向电流Izvs开始线性上升，主功率管关断，主功率管的Coss电荷被抽走，此时Vds下降到0，则下次开通的时候就是零电压开通。如下图所示。
对这种拓扑在设计的时候要考虑ZVS的开通时间，也就是ZVS管的脉冲宽度，需要根据输入电压，MOS寄生参数等参数进行计算。如下图所示。
-
基于不对称半桥反激拓扑设计与分析
比较新，仍在研究。如下图。这种拓扑是调占空比进行控制的，与LLC不同。
工作原理如下图所示。
因为不对称半桥中不仅使用储能电感，还是用了谐振腔来储能，所以可以使得变压器的体积变小。如下图所示。当低压的时候，谐振电容储能占主要部分，高压的时候，变压器储能占主要部分。
总结：如下图。