主动纠偏

 

同步整流器，也称为有源整流器，用于提高二极管整流电路的效率，二极管整流电路通常存在于开关电源中。通常的半导体二极管被有源元件取代，通常是BJT或MOSFET功率晶体管，它们被制成开关频率，以允许将交流输入电压转换为直流电压。这些整流电路称为同步电路，因为开关必须与输入波形同步。同步整流（SR）技术可以提高效率、热管理、功率密度和可靠性，降低电源的总体成本。图1的上半部分显示了带整流二极管的buck变换器的经典方案，而在同一图的下半部分，肖特基二极管被MOSFET晶体管取代。有源整流器的优点是它的传导电阻和压降比二极管低得多。MOSFET晶体管是二极管的理想替代品，因为它们的RDS（on）非常低，低至几十毫欧姆或更小。因此，这个电阻上的电压降比二极管上的要低得多。SR技术的缺点是它需要一个能够确保MOSFET开关和输入波形之间同步的控制电路。

 

图1：SR技术的应用示例

 

缓冲器和钳位

 

该缓冲电路具有减小电压尖峰幅度和降低电压变化率（dV/dt）的功能。其效果是减少开关损耗和射频发射。钳位执行的功能要简单得多；也就是说，它只是降低电压尖峰的振幅，而不利于发射电磁波。在图2中，我们可以看到典型的钳位和缓冲电路的例子，而图3显示了它们对波形（电压）产生的影响，其特征是波纹加剧。

 

图2：钳位和缓冲电路示例

 

图3：缓冲器和钳位产生的效应

 

有源钳位电路

 

反激变换器结构简单、价格低廉，但由于开关晶体管所承受的高压应力，其在低功率应用（小于100w）中的应用受到限制。当开关接通时，反激变换器将能量储存在变压器的初级绕组中。在“关闭”期间，能量被传输到二级，然后从那里传输到输出。电流在一次绕组和二次绕组中同时流动，但决不会同时在两个绕组中流动。图4显示了一个反激式变换器的结构，其有源箝位电路由晶体管和电容器组成。与传统的阻容二极管（RCD）相比，有源钳位可以在固定的开关频率下实现晶体管的零电压开关（ZVS），提高了效率和EMI。

 

图4：反激变换器中的有源钳位电路

 

准谐振电路

 

将准谐振拓扑应用于开关电源中，以减少或消除频率相关开关损耗，从而提高效率，降低器件的工作温度。这种技术的缺点是在低功耗下产生更高的损耗，这一缺点被几乎所有现代电源中存在的频率钳位电路所消除。准谐振变换器通常包含L-C网络，其电压和电流在开关期间呈正弦变化。现在考虑经典的buck转换器方案，如图5所示。为了方便起见，包含MOSFET晶体管的开关电路已用“开关网络”块表示。

 

图5：一个典型的buck转换器的示意图

 

在图6中，我们可以观察到“交换网络”块的两种不同配置。第一种对应于由PWM信号控制的传统开关网络。另一方面，另一方面，由于L-C网络的引入，电路增加了准谐振功能。零电流开关是这些变换器的主要优点之一，因为它可以减少开关损耗。此外，准谐振变换器能够在比类似的PWM变换器更高的频率下工作。

 

图6：准谐振buck变换器

 

功率因数校正

 

功率因数（PF）定义为实际功率与视在功率之间的比率。在离线电源（即直接连接到交流电源的电源）中，电流和电压都是正弦的。因此，PF由输入电流和输入电压之间相位角的余弦给出，是电流对负载实际可用功率的贡献程度的指标。例如，PF等于1表示100%的电流为负载供电。国际法规对由电源电压供电的许多设备（如电视电源、照明用电子镇流器和电机控制电路）的输入电流中的谐波含量进行了限制。设计合理的PFC级可确保电流始终与交流输入电压相一致。图7显示了三种不同的主动PFC拓扑。最便宜的PFC解决方案无疑是boost拓扑，而buck-boost PFC解决方案能够提供输出隔离和可调输出电压。在三种方案中，buck拓扑提供了最低的PFC。

 

图7：有源PFC的拓扑结构

 

 

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