低成本和高可靠性是离线电源设计中两个最重要的目标。准谐振（Quasi-resonant）设计为设计工程师提供了一种可行的方法，以便实现这两个目标。准谐振技术降低了MOSFET的开关损耗，进而提高了可靠性。此外，此种软式的开关改善了电源的EMI特性，让设计工程师可以减少使用的滤波器数目，可因此降低成本。本文将描述准谐振架构背后的理论及其实作方式，并说明这类反驰式电源的使用价值。

基本知识

术语「准」（quasi）是指有点或部分的意思。在进行准谐振的设计中，现有的L-C储能（L-C ta​​nk）电路正策略性地使用于PWM电源中。结果是L-C储能电路的谐振效应能够软化（soften）开关元件的转换。这种更软化的转换将降低开关损耗及与硬式开关转换器相关的EMI。由于谐振电路仅在相当于其他传统方波转换器的开关转换瞬间才会产生作用，故因而有准谐振之名。

要理解这种设计的拓扑结构，必须了解MOSFET和变压器的寄生特性。 MOSFET包含若干个寄生电容，主要从元件的实体结构产生。它们可以利用数学方式简化为MOSFET输入电容CISS，和MOSFET输出电容COSS，如(公式一)所示。

《公式一》

《图一 传统硬开关反驰式转换器》

在硬开关转换器中，输出电容COSS是开关损耗的主要来源。变压器也包含有寄生电容。这些电容包括绕组间电容（interwinding）和层（interlayer）间电容，它们可以一起转成单一的电容CW，也会成为硬开关转换器开关损耗的主要来源。

《图二 硬开关转换器中的寄生电容》

(图一)所显示为传统硬开关反驰式转换器。在这种传统间断模式反驰式转换器（DCM）的停滞期间，寄生电容将与VDC周围的主要电感发生振荡。寄生电容上的电压会随振荡而变化，但始终具有相当大的数值。当下一个时钟周期的MOSFET导通时间开始时，寄生电容（COSS和CW）会透过MOSFET放电，产生很大的电流尖峰。由于这个电流出现时，MOSFET有一个很大的电压，该电流尖峰因此会造成开关损耗。此外，电流尖峰含有大量的谐波含量，并因此产生EMI。该效应如(图三)所示。

《图三 电流尖峰含大量谐波产生EMI》

准谐振返驰式设计的实现

如果不用固定的时钟来初始化导通时间，而利用检测电路来有效地感测MOSFET（VDS）漏源电压的第一个最小值或称之为谷值（极值），并仅在这时启动MOSFET导通时间，情况又会如何？结果会是由于寄生电容被充电到最小电压，导通的电流尖峰将会最小化。这情况常被称为谷值开关（Valley Switching）或准谐振开关。在某些条件下，设计工程师甚至可能获得零电压开关（ZVS），即当MOSFET被启动时没有漏源电压。在这种情况下，由于寄生电容没有充电，因此电流尖峰不会出现。这种电源本身是由线路/荷载条件决定的可变频率系统。换言之，调节是透过改变电源的工作频率来进行的，而不管当时负载或线路电压是多少，MOSFET始终保持在谷底电压的时候导通。这类型的工作介于连续（CCM）和间断条件模式（DCM）之间。因此，以这种模式运作的转换器被称作是在边界条件模式（BCM）下工作。

《图四 利用检测电路来感测MOSFET漏源电压的第一个谷值》

准谐振或谷值开关的优势

在反驰式电源设计中采用准谐振或谷值开关方案有如下所列举的多种优势。

降低导通损耗

这种设计为工程师提供较低的导通损耗。由于FET转换具有最小的漏源电压，在某些情况下甚至为零，故可以减小甚至消除导通电流尖峰。这可以减轻MOSFET的压力以及电源的EMI。

降低关断损耗

准谐振也意味着更小的关断损耗。由于规定FET会在谷值处进行转换，在某些情况下，可能会增加额外的漏源电容，以降低漏源电压的上升速度。较慢的漏源电压上升时间会减少FET关断时漏级电流和漏源电压之间的电压/电流交迭，使得MOSFET的功耗更少，进而降低其温度及增强其可靠性。

减少EMI

导通电流尖峰的减小、消除以及较慢的漏源电压上升速度，都会减少EMI。一般而言，这就可以减少EMI滤波器的使用数量，并进一步降低电源成本。

结论

降低成本和增加可靠性永远都是电源设计工程师的目标。利用准谐振技术可以协助设计工程师实现这些目标。准谐振或谷底开关能减轻MOSFET的设计压力，并进而提高其可靠性。利用准谐振技术，由于波形的谐波含量降低，电源的EMI因此得以大幅减少。

（作者为Fairchild快捷半导体功率设计中心应用工程师）

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