【導讀】從快速充電器和旅行適配器到揚聲器和智能家居助理的電源
，各種應用都依賴於低功耗（低於 100 W）AC/DC 轉換。選擇電源轉換架構時的一個基本點是其提供零電壓開關 (ZVS) 的程度

，因為這對效率、EMI 性能和可靠性具有重大影響。並非所有傳統拓撲都能夠實現 ZVS，而且目前還沒有一種拓撲能夠在輕負載下提供 ZVS。

從快速充電器和旅行適配器到揚聲器和智能家居助理的電源，各種應用都依賴於低功耗（低於 100 W）AC/DC 轉換。選擇電源轉換架構時的一個基本點是其提供零電壓開關 (ZVS) 的程度，因為這對效率、EMI 性能和可靠性具有重大影響。並非所有傳統拓撲都能夠實現 ZVS，而且目前還沒有一種拓撲能夠在輕負載下提供 ZVS。

任何插入牆壁插座的電子設備都需要某種形式的交流/直zhi流liu轉zhuan換huan器qi來lai整zheng流liu電dian壓ya並bing將jiang其qi降jiang低di到dao設she備bei所suo需xu的de較jiao低di水shui平ping。我wo們men在zai家jia庭ting和he辦ban公gong室shi發fa現xian的de許xu多duo現xian代dai設she備bei都dou屬shu於yu低di功gong耗hao類lei別bie，需xu要yao的de功gong率lv低di於yu 100 W。事實上，除了電器之外，我們家中的大多數設備都可能被歸類為低功耗設備。

在某些情況下，例如計算機顯示器或電池充電器
，AC/DC 轉換器將嵌入在產品本身中。然而，許多設備使用專用的外部電源——包括智能家居助手和磁盤驅動器等計算機外圍設備，所有這些設備在使用時都需要電源。此外，AC/DC 轉換是用於為手機、平板電腦和其他便攜式設備充電的適配器的基礎。

雖然這些應用的低功耗特性可能意味著效率並不是一個大問題，但事實卻並非如此。鑒於這些設備有數十億台正在使用，並且通常每周 7 天、24 小時都處於接通狀態，因此對能源消耗和後續排放的影響是巨大的。因此，提高交流/直流轉換器的效率是電力工程師設計議程的首要任務。

低功耗 AC/DC 轉換的拓撲和技術

額定功率低於 75 W 的低功率 AC/DC 轉換器通常不受功率因數校正 (PFC) 要求的影響，因為它們對主電網的影響被認為是的。這簡化了設計並減少了元件數量——這兩者都是這些微型電源解決方案的理想選擇。

反激式拓撲由於其多功能性、性能和簡單性而在低功耗設計中極為流行。這種拓撲已經使用了 70 多年
，通常由初級側 MOSFET、輸出（次級）整流二極管、輸出電容器和反激變壓器以及其他一些小型組件組成。

電源設計人員不斷尋求改進拓撲，以提高效率或性能
，或者理想情況下兩者兼而有之。因此，準諧振 (QR) 反激架構由於能夠降低開關損耗而變得非常流行。這是通過在導通脈衝之前降低初級 MOSFET 的漏極-源極電壓來實現的
，這具有降低峰值電流和開關頻率的效果
，確保 MOSFET 在個“波穀”導通。

QR 操作的效率增益主要在滿負載條件下實現。然而，這種拓撲的硬開關特性意味著在輕負載時，效率通常要低得多。

通過零電壓開關 (ZVS) 的實施可以進一步改進 QR 反激式設計。在正常的 QR 反激式設計中
，MOSFET 在“穀”中切換，這意味著漏源電壓 (VDS) 處於值
，但不一定為零。通過實施 ZVS（或軟開關），VDS 在 MOSFET 切換之前降至零（而不僅僅是值），從而消除了電壓和電流之間的任何重疊，從而限度地減少損耗。這還可以降低 EMI
，這是一個額外的好處，可以讓設計人員更輕鬆地滿足嚴格的 EMC 法規。

進一步的發展是有源鉗位反激式 (ACF) 拓tuo撲pu，它ta與yu傳chuan統tong反fan激ji式shi設she計ji的de不bu同tong之zhi處chu在zai於yu
，它ta重zhong新xin利li用yong了le變bian壓ya器qi漏lou感gan中zhong存cun儲chu的de能neng量liang，而er這zhe些xie能neng量liang本ben來lai會hui在zai無wu源yuan鉗qian位wei緩huan衝chong電dian阻zu中zhong耗hao散san。向xiang負fu載zai提ti供gong這zhe種zhong“回收”能量可提高轉換器效率，並顯著降低關斷期間 MOSFET 上的峰值電壓。

此外
，ACF 設計中的 QR“穀”明顯較低，通常可實現近 ZVS 操作，從而降低開關損耗並增強 EMI。

改進和擴展 ZVS 性能

QuarEgg? 是一種新的反激式轉換方法，能夠進一步提高性能、效率和可靠性，這是一種由 Eggtronic 開發的創新型專有電源架構，專門用於低於 100 W 的交流/直流設計。這種新架構顯著提高了效率並減小了通常基於 ACF 和 QR 反激拓撲的 AC/DC 轉換器的尺寸。與其他方法不同，該架構在所有負載條件下均采用 ZVS 運行
，從而提供非常平坦的效率曲線。滿負載時的典型效率高達 95%
，輕負載時的效率高達 92%
，並且在待機模式下，基於 QuarEgg 的設計功耗低於 18 mW。

 圖 1.QuarEgg 顯示在整個負載範圍內效率比通用 QR 反激轉換器顯著提高。圖片由 Bodo’s Power Systems提供

 圖 2.QuarEgg 拓撲的簡化示意圖。圖片由 Bodo’s Power Systems提供

與通用 QR 反激拓撲相比，新方法在主變壓器上添加了一個輔助繞組
，以及一個飛跨電容器和一個以正向配置連接在低側的低壓
、低成本 MOSFET。然而
，取消高壓

、高側鉗位 MOSFET 可以減少總體元件數量並提高可靠性。主QuarEgg控製器位於轉換器的次級側
，以增強對輸出電壓的調節。

輔助 MOSFET 主要是作為在所有負載條件下主動強製主功率 MOSFET 達到 ZVS 條件的一種手段。當轉換器進行開關時
，次級側控製器通過輔助繞組感測初級 MOSFET 的 VDS。當每個波峰出現時，輔助 MOSFET 導通並對漏極節點放電
，使 VDS 變為零，從而確保主 MOSFET 的 ZVS 導通。

相應的波形如下所示。

新方法適用於所有類型的 MOSFET 開關器件，包括傳統矽和寬帶隙 (WBG) 材料
，例如氮化镓 (GaN) 和碳化矽 (SiC)。與傳統的 ACF 和 QR 拓撲相比
，基於 QuarEgg 的電源轉換器的性能得到了改進，與傳統矽轉換器相比，效率提高了 7 倍
，尺寸縮小了 3 倍，而與高性能 GaN 轉換器相比，效率提高了 3 倍，尺寸縮小了 2 倍。

為了支持設計人員使用 Eggtronic 技術，我們提供了一係列開發板
、集成電源控製器和專有磁性元件以及詳細的技術支持。

 圖 3.QuarEgg 拓撲的波形。紅色：初級MOSFET的VDS；綠色：輔助MOSFET的Vg
；藍色：初級 MOSFET 的 Vg。圖片由 Bodo’s Power Systems提供

概括

對於低功率 AC/DC 電源
、充電器和適配器來說，從空載到滿載的效率越來越重要，因為這些電源、充電器和適配器可能每周 7 天、每天 24 小時都處於接通狀態。到目前為止，許多設計都是基於已經使用了幾十年的反激拓撲，盡管近有了 QR、ACF 和 ZVS 等增強功能。

作為 Eggtronic EcoVoltas? 係列的一員
，QuarEgg 專為提供更小
、更高效率的電源轉換而開發
，並幫助工程師實現性能
、成本、尺寸、重量和可持續性目標。

通過主動強製 ZVS 運(yun)行(xing)
，新(xin)架(jia)構(gou)不(bu)僅(jin)提(ti)高(gao)了(le)效(xiao)率(lv)

，而(er)且(qie)使(shi)效(xiao)率(lv)曲(qu)線(xian)變(bian)得(de)平(ping)坦(tan)，以(yi)解(jie)決(jue)輕(qing)負(fu)載(zai)時(shi)性(xing)能(neng)不(bu)佳(jia)的(de)問(wen)題(ti)。該(gai)技(ji)術(shu)還(hai)可(ke)以(yi)減(jian)少(shao)組(zu)件(jian)，進(jin)一(yi)步(bu)提(ti)高(gao)功(gong)率(lv)密(mi)度(du)和(he)可(ke)靠(kao)性(xing)。

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