具有初级电压钳位的氮化镓 (GaN) FET 可显著实现交流适配器的小型化

　　减少适配器的艰苦 　　在不影响安全性、服从或可靠性的情况下完成更小的尺寸始终是一项艰难的使命。适配器小型化首要面对两个阻碍。第一个阻碍触及输出电容器的小型化，但这一题目还没有获得发展，由于在这类情况下更高的开关频次无济于事。其次，减小变压器尺寸关于立体变压器来讲仍然是一个挑衅，由于匝数较少会致使较大的铁芯消耗。作者提出的拓扑布局同意输出电容器和 AHB 变压器的尺寸减小约 50%。包孕低级交换电压钳位器和 AHB 转换器在内的残缺电路接纳 90 至 264VAC 输出电压和 20V/3A 输入完成。 　　反激式拓扑 　　图 1 表现了普通的反激式拓扑布局，其事情道理是在开关周期的一半时间内将能量存储在磁场中，而后在另一半时间内将该能量传输给负载。图 2 描绘了 AHB 电路的完成。反激式转换器能够受害于 GaN 开关，在低频（比方 100kHz）下完成小型化，这是由于 GaN 开关拥有固有的低导通电阻，能够下降消耗。相同，因为 AHB 能够在 GaN FET 的赞助下以异常高的频次运转，是以变压器能够在 1MHz 摆布变小，从而减小体积。称号“不对称”指的是两个开关在电压处置和驱动请求方面的不平衡，由于高端开关需求浮动栅极驱动，而且其电压应力高于低端开关。 　 　　图1：通用反激式转换器原理图 　　尽管两种拓扑都完成了必定水平的小型化，但仍然存在一些题目，第一个题目便是输出电容Cin的巨细。 　 　　图 2：非对称半桥反激式 　　输出电容Cin由其在最低Vin时的能量存储才能抉择，其耐压与最高Vin无关。换句话说，更高的开关频次无助于完成小型化。关于应经受400V的变压器也是云云，但立体布局中的匝数无限，是以增添频次有效并且会致使较大的磁芯消耗。均匀而言，在典范的AC适配器中，Cin约占总体积的40％，而变压器约占总体积的45％。 　　低级电压钳位器

　　为了解决这一瑕玷，能够提出一种连系低级电压钳位器和 150V 供电 AHB 转换器的电路拓扑，这能够减小输出电容器和变压器的尺寸。借助 150V GaN 开关以 1MHz 的频次切换 AHB 转换器，能够减少变压器的尺寸。

　　图 3：倡议的电路完成（起源：1）。 　　电压钳位器的设想理念与电容器中存储的能量无关，相当于 CV 2，是以从理论上讲，将电压减半将使大容量电容器体积缩小 。普通而言，钳位器的性能是经由过程修正其直流电平来上调或下调电压波形。

　　电路完成如图 3 所示，此中 Qclp 是钳位 FET，输出电容器 Cin 用于电压钳位。在最小输出电压（约 100VAC）时，Qclp 完整开启，以惯例电容器输出模式运转（图 4a）。在更高的输出电压下，电压钳位器被激活，如图 4b 所示。VAC' 是整流后的交换电压，Ic 是经由过程 Cin 的充电电流。当 VAC' 达到 V1 时，Ic 开端固定以对 Cin 充电，对应于角度 a；是以，假如 T  是半周期，则乘积 aT ? 暗示导通时候。当 VAC 达到 V2 时，Qclp 封闭，这发生在 Cin 放电的角度 (1-a) 时期。

　 　　图 4：分歧时候标准下的首要波形：a）低输出电压和 b）高输出电压（起源：1） 　　借助一些方程，能够得出角度 a 与钳位电压 V2 的瓜葛；以及 Cin 和 Ic 与 V2 的瓜葛。传统交换适配器需求 450V 电压钳位电容器，而电压钳位电容器需求 200V 电压。如前所述，这会致使实践使历时缩小 ? 或  倍。详细来讲，当应用 120mF 电解电容器时，从 450V 电容器转换为 200V 电容器时，体积从 8,260 立方毫米缩小到3,140 立方毫米。 　　150V 供电 AHB 　　半桥由 Q1 和 Q2（Rohm 的部件编号 GNE1040TB）驱动，开关节点连接到匝数比为 n=N1:N2 的变压器和谐振电容器 Cr。图中的变压器是现实的，是以应与 N1 并联增添磁化电感 Lm。漏电感 Lkg 与图中的 N2 串连。在次级侧，二极管因为极性相同而在关断时间内导通，从而同意传输功率。 　　AHB 转换器既可以在“电流谐振模式”下事情，也能够在“继续电流模式”下事情。第二种事情模式看起来更受欢迎，由于 a) 精良的 PWM 操纵，适用于宽局限的输入电压；b) 经由过程在轻负载下磁化电流和在重负载下泄电感电流完成零电压开关 (ZVS) 才能。 　　从 CoilCraft 抉择的立体变压器平日拥有无限的匝数。计较前提为低级线圈 12 匝、ΔB 为 70 mT、开关频次为 1 MHz、规范交换输出的 AHB 输出总线电压为 400 V，电压钳位为 150 V。是以，400Vbus 需求 PL300 磁芯，而 150Vbus 需求 PL160 磁芯尺寸，比 PL300 小 2.7 倍。普通设想方程以下所示。