【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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