中心論題：
- 準(zhǔn)諧振變換的工作原理。
- 導(dǎo)通模式及非導(dǎo)通模式下工作的電流模式反激變換器工作原理。
- Fairchild的大功率準(zhǔn)諧振功率開關(guān)上的反激與降壓應(yīng)用。
- 控制器等待漏極電壓的一個(gè)波谷到來后再導(dǎo)通解決開關(guān)總是在到達(dá)首個(gè)波谷時(shí)導(dǎo)通的問題。
- Fairchild功率開關(guān)實(shí)現(xiàn)頻率限制在較窄的范圍內(nèi)控制開關(guān)損耗。
- 現(xiàn)代控制器或集成功率開關(guān)中的頻率箝位電路解決簡單電路在較小負(fù)載下?lián)p耗大的缺點(diǎn)。
- 準(zhǔn)諧振過程中的固有頻率抖動(dòng)可傳播EMI噪聲降低濾波器成本。
- 添加簡單的比較器和閂鎖電路實(shí)現(xiàn)出現(xiàn)大電流時(shí)閉鎖功率開關(guān)功能。
準(zhǔn)諧振變換（Quasi-resonant Converters）是一種成熟的技術(shù)，在電源消費(fèi)電子產(chǎn)品領(lǐng)域已獲得了廣泛應(yīng)用。本文闡述了準(zhǔn)諧振反激變換器和降壓變換器，介紹了它們提高電源效率的工作原理。
準(zhǔn)諧振變換的工作原理是降低電源開關(guān)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中的導(dǎo)通損耗，諧振變換器可將導(dǎo)通損耗降到最低，但其工作原理則完全不同。有一個(gè)方法可以解釋準(zhǔn)諧振原理，可以設(shè)想一個(gè)非連續(xù)導(dǎo)通模式運(yùn)行的擴(kuò)展過程。
圖1說明了在非連續(xù)導(dǎo)通模式下工作的電流模式反激變換器的漏極波形，這里只施加了一個(gè)門脈沖。在第一個(gè)時(shí)間間隔，漏電流上升，直到達(dá)到所需的電流強(qiáng)度，此時(shí)電源開關(guān)關(guān)閉，回轉(zhuǎn)變壓器中的漏電感與節(jié)點(diǎn)電容形成諧振。這會導(dǎo)致漏電感浪涌，該浪涌受箝位電路限制，在電感浪涌消失后，漏極電壓返回到等于輸入電壓加上初級線圈感應(yīng)電壓的水平。如果忽略初級線圈電感和節(jié)點(diǎn)電容的影響，當(dāng)輸出二極管中的電流降到零時(shí)，漏極電壓立即降到總線電壓，但漏極電壓衰減到如圖1所示的水平。
初級線圈電感和節(jié)點(diǎn)電容形成一個(gè)諧振電路，使電感的值為1.4mH，節(jié)點(diǎn)電容的值為73pF，利用方程式：4π2f2LC=1可得出諧振頻率為500kHz，諧振電路略微衰減。我們注意到采用此近似值的諧振頻率與輸入電壓和載荷電流無關(guān)。
如果是非連續(xù)導(dǎo)通模式反激變換器，MOSFET在固定的頻率下導(dǎo)通（忽略任何頻率抖動(dòng)的影響）。如果達(dá)到設(shè)定的電流水平，設(shè)備就可以導(dǎo)通、關(guān)閉；然后在前一設(shè)備導(dǎo)通后的某個(gè)固定時(shí)間再度導(dǎo)通，設(shè)備的導(dǎo)通時(shí)間與漏極諧振并不同步。在某些情況下，當(dāng)漏極電壓低于總線電壓和初級線圈感應(yīng)電壓之和時(shí)，設(shè)備就會導(dǎo)通。在另一些情況下，當(dāng)漏極電壓較大時(shí)，設(shè)備才會導(dǎo)通。這種特點(diǎn)經(jīng)常出現(xiàn)在非連續(xù)導(dǎo)通反激變換器的效率曲線上：在驅(qū)動(dòng)恒定負(fù)載的情況下，當(dāng)設(shè)備導(dǎo)通時(shí)間沿諧振曲線的波形和波谷上下改變時(shí)，效率會隨著輸入電壓而改變。
對于準(zhǔn)諧振開關(guān)，設(shè)備并沒有固定的開關(guān)頻率，控制器等待漏極電壓的一個(gè)波谷到來后再導(dǎo)通。針對彩電市場設(shè)計(jì)的較老的準(zhǔn)諧振設(shè)備，總是在到達(dá)首個(gè)波谷時(shí)導(dǎo)通，這對于負(fù)載較大的彩電是一個(gè)很好的解決方案，然而，對于有較寬動(dòng)態(tài)范圍的負(fù)載，還存在一個(gè)問題。
設(shè)備關(guān)閉和第一個(gè)波谷之間的時(shí)間由諧振頻率固定，設(shè)備導(dǎo)通和關(guān)閉之間的時(shí)間通過控制器設(shè)定。對于較小的負(fù)載，由于電感中所需的能源較少，這個(gè)時(shí)間較短，并且輸出二極管導(dǎo)通的時(shí)間也較短，因此，對于較小的負(fù)載，頻率增高會造成更大的開關(guān)損耗。
有了FSQ系列的Fairchild功率開關(guān)，就可以利用一個(gè)頻率箝位電路來解決該問題。此電路確保了不超過最大頻率，并且設(shè)備在出現(xiàn)一個(gè)波谷時(shí)導(dǎo)通。頻率限制在較窄的范圍內(nèi)（如55kHz至67kHz），這樣就可控制開關(guān)損耗，并簡化變壓器的設(shè)計(jì)。
減少損耗
與非連續(xù)導(dǎo)通模式和連續(xù)導(dǎo)通模式運(yùn)行的反激變換器相比，準(zhǔn)諧振開關(guān)減少了導(dǎo)通損耗，從而提高了效率并降低了設(shè)備溫度。簡單的準(zhǔn)諧振電路在較小負(fù)載下?lián)p耗較大的缺點(diǎn)，已經(jīng)通過現(xiàn)代控制器或集成功率開關(guān)中的頻率箝位電路克服了。
如果這種情況是在較低的電流和電壓下發(fā)生的（準(zhǔn)諧振即是如此），就可減少導(dǎo)通過程產(chǎn)生的EMI。而且，準(zhǔn)諧振過程中的固有頻率抖動(dòng)可傳播EMI噪聲，進(jìn)一步降低了濾波器成本，這是由大容量電容中的輸入電壓紋波造成的。對于恒定負(fù)載，在最大紋波電壓時(shí)的導(dǎo)通時(shí)間和輸出二極管導(dǎo)通時(shí)間都短于在最小紋波電壓時(shí)的時(shí)間，這導(dǎo)致了頻率掃描等于紋波頻率的開關(guān)頻率進(jìn)行線性的變化（如對于50Hz交流電的全橋整流電路為100Hz），這降低了從1MHz到150kHz范圍內(nèi)的EMI。這就是在顯像管彩電中采用準(zhǔn)諧振變換器的主要原因：開關(guān)頻率連續(xù)地變化，將電視圖像干擾降到最低。
反激與降壓應(yīng)用
Fairchild的大功率準(zhǔn)諧振功率開關(guān)上市已有數(shù)年了，該產(chǎn)品近來覆蓋了較小的功率級別(2W到50W)，以滿足市場對高效低功率電源及低備用電源的需要，原來的保護(hù)特性都得以保留，產(chǎn)品名稱分別為FSQ0165RN、FSQ0265RN等。
一個(gè)示例是過電流關(guān)閉閂鎖電路（Latch）如果輸出二極管短路，開關(guān)上的負(fù)載降低到通常比激磁電感低30倍的漏電感。當(dāng)開關(guān)導(dǎo)通時(shí)，電流迅速地上升30倍。在超出前沿空白（Leading Edge Blanking）時(shí)間之前，控制電路中不會有大電流，這對于保護(hù)開關(guān)可能是過遲了。添加簡單的比較器和閂鎖電路可在出現(xiàn)大電流時(shí)閉鎖功率開關(guān)，而不管前沿空白電路處于什么情況，其它保護(hù)特性包括高溫保護(hù)、過電壓保護(hù)和臨時(shí)過載時(shí)有容差的過載保護(hù)。
圖2說明了Fairchild全球電源資源中心德國的設(shè)計(jì)的示例應(yīng)用，R103-5、D104和C103為檢測最小漏極電壓所需的額外元件，F(xiàn)OD2741為誤差放大器，它在同一封裝中結(jié)合了標(biāo)準(zhǔn)光耦合器和工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的431參考，其它元件為反激變換器的標(biāo)準(zhǔn)部分。
在175V AC到265V AC范圍內(nèi)所測量的無負(fù)載待機(jī)功率小于130mW，在較低的輸入電壓下，待機(jī)功率甚至小于同類產(chǎn)品。在整個(gè)電壓范圍內(nèi)，滿負(fù)載效率大于86%，這對于該功率級別的多路輸出反激電源而言是比較高的。輸入電壓調(diào)節(jié)率非常優(yōu)秀：當(dāng)輸入電壓變化時(shí)，測量的電壓并不隨之改變，而是調(diào)整輸出的負(fù)載調(diào)節(jié)率控制在5%以內(nèi)。
低功耗準(zhǔn)諧振設(shè)備的出現(xiàn)為我們帶來了更多機(jī)會。我們開發(fā)了使用FSQ311設(shè)備的20V/100mA輸出的準(zhǔn)諧振降壓電路。在此測量了有10mA負(fù)載的待機(jī)功耗。在85V AC到265V AC的整個(gè)電壓范圍內(nèi)，總功耗小于400mW（包括200mW基礎(chǔ)負(fù)載），小于在180V AC以下350mW的界限。由于漏極電壓的波谷比高輸入電壓時(shí)更接近于零，所以在低輸入電壓下具有更好的性能，而且，這說明了此設(shè)計(jì)可用于50%效率的0.2W電源中。
在85V AC到160V AC的電壓范圍內(nèi)，滿負(fù)載效率大于80%。在265V AC的范圍內(nèi)，滿負(fù)載效率則降到73%。對于這么小的電源，這樣的性能是十分優(yōu)秀的，這要?dú)w功于采用了準(zhǔn)諧振技術(shù)。在全部工作電壓范圍內(nèi)，輸入電壓和負(fù)載調(diào)節(jié)率都小于1%。在室溫下測量的無散熱片設(shè)備的溫度上升為15度，一個(gè)1.2mH電感和220nF電容提供了足夠的濾波能力，滿足了標(biāo)準(zhǔn)的EMI規(guī)范要求。
