【产品】矽乃拿半导体推出集成ACF控制器SZ11xx系列，具有超过95%的效率，适用于各种SMPS应用

时间： 2022-04-14 来源：Silanna Semiconductor

技术问答

什么是主动钳反激（ACF）？

有源箝位反激式变换器(ACF)是经典反激式AC/DC变换器拓扑结构的进化，在许多开关模式电源(SMPS)设计中都有应用。通过实现更快的切换速度、更高的效率和更小的组件，ACF解决了提高性能和降低功耗的需求，同时最大限度地减少电源的尺寸和重量。

ACF拓扑不同于传统的反激式变换器，它通过重新利用变压器泄漏电感中存储的能量，而传统上，这些能量会在无源钳位缓冲电阻中消耗掉。在开关周期中将这种“回收”的能量提供给负载，可以提高变换器的效率。

除了回收之前作为热量耗散的能量外，在关断过程中，通过主开关的峰值电压显著降低，使得变压器一次绕组和二次绕组之间的匝数比更大。这便于在二次侧使用较低的额定电压的同步整流开关。开关的低电压等级意味着更低的成本和/或更低的导通电阻，降低导通损失。

此外，ACF变换器的准谐振(QR)谷显著降低，通常几乎实现了近零电压工作，降低了开关损耗和电磁干扰。

综上所述，ACF反激变换器与传统的基于RCD缓冲器的反激变换器相比有几个优势，包括效率的提高和EMI的降低，这两种技术都被认为是高密度电源适配器的实现技术。

为什么主动钳反激(ACF)很重要?

今天的工程师面临着不断提高产品和应用的规格和性能，同时减少尺寸、重量和成本的压力。与此同时，立法、行业标准和消费者围绕电力使用和排放的压力相结合，推动了通过提高电子设计的效率来最小化电力消耗的需求。

在某些应用中，从传统反激式AC/DC变换器拓扑转换到有源箝位反激式(ACF)拓扑，为工程师提供了一种一次性解决所有这些挑战的方法。

我们用来给手机、平板电脑、笔记本电脑和其他便携式设备充电的电源和旅行适配器正在发生变化，这就是为什么ACF变得越来越重要的一个很好的例子。随着处理能力的增长，屏幕变得越来越耗电，功能也越来越强大，需要更多的能量。这反过来又需要更高的电池容量。然而，高容量的电池需要更长的时间来充电，这与今天“移动的”生活方式是不兼容的。

正因为如此，我们看到了高速充电器与更高的额定功率。要想让这些充电器足够小、足够轻、便于携带，唯一的办法就是提高效率、缩小尺寸。

用ACF拓扑取代传统的反激式设计是电源适配器设计者实现这一目标的一种方式。

主动钳反激如何工作?

在隔离AC/DC开关电源(SMPS)最常用的拓扑结构中，传统反激变换器是一个简单的电路，只需要几个组件，能够以90%左右的效率运行。典型的设计是将一次侧场效应晶体管和变压器与无源RCD箝位电路、输出整流器和滤波元件相结合。

在运行过程中，当一次侧场效应管接通时，能量存储在变压器的充磁电感中，当场效应管断开时，能量被转移到负载中。提高开关速度可以减小变换器的整体尺寸，但会导致场效应晶体管和变压器的开关损耗增大，从而降低效率。

在无源RCD缓冲器的情况下，一个主要的限制来自变压器的漏电感。当一次侧场效应晶体管开关时，存储在漏电感中的能量在钳位电阻中以热量的形式散失。更高的开关频率会以发热的形式产生过多的功率损失，对最大开关频率施加限制，如果超过这个限制，就会导致电路损坏或灾难性的故障。这种“主动箝位”设计允许之前通过电阻耗散的泄漏能量被“回收”，首先将其存储在电容器(箝位器)中，然后将其传输到负载。

除了回收以前作为热量耗散的能量外，ACF拓扑还可以根据所采用的实现方法提供额外的好处。

例如，将智能数字控制应用于钳位电路，可以实现一次反激式场效应晶体管的近零电压开关(ZVS)接通和关断漏极电压的管理。

这种技术不仅进一步提高了效率，而且有助于减少电磁干扰(EMI)，因此，滤波所需的无源元件的尺寸和数量。直到最近，这种类型的自适应智能控制增加了电路的复杂性，并没有直接实现。然而，现在全集成ACF控制器的出现显著简化了小型、轻型和高效率转换器的设计。

以SILANNA SEMICONDUCTOR（矽乃拿半导体）SZ11xx系列集成ACF控制器为例。这些器件具有ACF设计的所有优点，提供了简单反激控制器的易于设计，包括反激变压器的漏感能量的回收和在关断事件期间限制初级场效应晶体管漏极电压峰值。

SZ11xx系列具有超过95%的效率，将自适应数字PWM控制器和由有源箝位驱动器、有源箝位FET和启动调节器组成的超高压电路组合在一起。这种前所未有的集成水平支持高效、高功率密度AC/DC转换器的快速设计，并降低材料成本。

主动钳位反激(ACF)在哪里使用?

ACF拓扑可以在各种SMPS应用中使用，其中优化的功率密度和最小的组件数量是关键的设计标准。

ACF技术和集成ACF控制器的一些常见应用包括高密度移动充电器、快速QC和USB-PD充电器和适配器、用于电视和办公设备的AC-DC电源和AC-DC辅助电源。

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