主動糾偏

 

同步整流器，也稱為有源整流器，用于提高二極管整流電路的效率，二極管整流電路通常存在于開關電源中。通常的半導體二極管被有源元件取代，通常是BJT或MOSFET功率晶體管，它們被制成開關頻率，以允許將交流輸入電壓轉換為直流電壓。這些整流電路稱為同步電路，因為開關必須與輸入波形同步。同步整流（SR）技術可以提高效率、熱管理、功率密度和可靠性，降低電源的總體成本。圖1的上半部分顯示了帶整流二極管的buck變換器的經典方案，而在同一圖的下半部分，肖特基二極管被MOSFET晶體管取代。有源整流器的優點是它的傳導電阻和壓降比二極管低得多。MOSFET晶體管是二極管的理想替代品，因為它們的RDS（on）非常低，低至幾十毫歐姆或更小。因此，這個電阻上的電壓降比二極管上的要低得多。SR技術的缺點是它需要一個能夠確保MOSFET開關和輸入波形之間同步的控制電路。

 

圖1：SR技術的應用示例

 

緩沖器和鉗位

 

該緩沖電路具有減小電壓尖峰幅度和降低電壓變化率（dV/dt）的功能。其效果是減少開關損耗和射頻發射。鉗位執行的功能要簡單得多；也就是說，它只是降低電壓尖峰的振幅，而不利于發射電磁波。在圖2中，我們可以看到典型的鉗位和緩沖電路的例子，而圖3顯示了它們對波形（電壓）產生的影響，其特征是波紋加劇。

 

圖2：鉗位和緩沖電路示例

 

圖3：緩沖器和鉗位產生的效應

 

有源鉗位電路

 

反激變換器結構簡單、價格低廉，但由于開關晶體管所承受的高壓應力，其在低功率應用（小于100w）中的應用受到限制。當開關接通時，反激變換器將能量儲存在變壓器的初級繞組中。在“關閉”期間，能量被傳輸到二級，然后從那里傳輸到輸出。電流在一次繞組和二次繞組中同時流動，但決不會同時在兩個繞組中流動。圖4顯示了一個反激式變換器的結構，其有源箝位電路由晶體管和電容器組成。與傳統的阻容二極管（RCD）相比，有源鉗位可以在固定的開關頻率下實現晶體管的零電壓開關（ZVS），提高了效率和EMI。

 

圖4：反激變換器中的有源鉗位電路

 

準諧振電路

 

將準諧振拓撲應用于開關電源中，以減少或消除頻率相關開關損耗，從而提高效率，降低器件的工作溫度。這種技術的缺點是在低功耗下產生更高的損耗，這一缺點被幾乎所有現代電源中存在的頻率鉗位電路所消除。準諧振變換器通常包含L-C網絡，其電壓和電流在開關期間呈正弦變化。現在考慮經典的buck轉換器方案，如圖5所示。為了方便起見，包含MOSFET晶體管的開關電路已用“開關網絡”塊表示。

 

圖5：一個典型的buck轉換器的示意圖

 

在圖6中，我們可以觀察到“交換網絡”塊的兩種不同配置。第一種對應于由PWM信號控制的傳統開關網絡。另一方面，另一方面，由于L-C網絡的引入，電路增加了準諧振功能。零電流開關是這些變換器的主要優點之一，因為它可以減少開關損耗。此外，準諧振變換器能夠在比類似的PWM變換器更高的頻率下工作。

 

圖6：準諧振buck變換器

 

功率因數校正

 

功率因數（PF）定義為實際功率與視在功率之間的比率。在離線電源（即直接連接到交流電源的電源）中，電流和電壓都是正弦的。因此，PF由輸入電流和輸入電壓之間相位角的余弦給出，是電流對負載實際可用功率的貢獻程度的指標。例如，PF等于1表示100%的電流為負載供電。國際法規對由電源電壓供電的許多設備（如電視電源、照明用電子鎮流器和電機控制電路）的輸入電流中的諧波含量進行了限制。設計合理的PFC級可確保電流始終與交流輸入電壓相一致。圖7顯示了三種不同的主動PFC拓撲。最便宜的PFC解決方案無疑是boost拓撲，而buck-boost PFC解決方案能夠提供輸出隔離和可調輸出電壓。在三種方案中，buck拓撲提供了最低的PFC。

 

圖7：有源PFC的拓撲結構

 

 

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