在傳統(tǒng)以及準(zhǔn)諧振反激形式應(yīng)用中，由于MOS導(dǎo)通時(shí)的電壓較高（基本都在150V以上），特別是高壓的輸入條件下，會(huì)有較高的開(kāi)關(guān)損耗及DI/Dt造成的EMI干擾，影響系統(tǒng)效率及EMI特性。直到ZVS反激式電路的出現(xiàn)，很好的解決了這些痛點(diǎn)。

先從反激應(yīng)用電路開(kāi)始分析，再轉(zhuǎn)到ZVS零電壓開(kāi)關(guān)電路應(yīng)用

一. 反激應(yīng)用中MOSFET的損耗分析

MOSFET的損耗主要包括如下幾個(gè)部分：
1. 導(dǎo)通損耗
導(dǎo)通損耗是比較容易理解的，即流過(guò)MOSFET的RMS電流在MOSFET的Rdson上的I^2R損耗。降低這個(gè)損耗也是大家最容易想到的，例如選用更低Rdson的管子，設(shè)計(jì)變換器進(jìn)入更深的連續(xù)模式來(lái)降低RMS電流等。然而需要注意的是，Rdson和Q互相矛盾，最終，只能在兩者之間找到一個(gè)平衡點(diǎn)。

2. 關(guān)斷損耗
關(guān)斷損耗即MOSFET在關(guān)斷狀態(tài)下，流過(guò)MOSFET的漏電流和MOSFET承受的電壓之積。通常這項(xiàng)損耗是大家忽略的，實(shí)際上也是完全可以忽略的。例如一個(gè)耐壓600V左右的MOSFET，即便在150°C下，漏電流也僅僅是uA級(jí)的，帶來(lái)的損耗也僅僅是mW級(jí)的。

3. 開(kāi)關(guān)損耗
開(kāi)關(guān)損耗包括開(kāi)通損耗和關(guān)斷損耗。開(kāi)通損耗指的是MOSFET開(kāi)通期間Ids上升和Vds下降交叉面積帶來(lái)的損耗；關(guān)斷損耗指的是MOSFET關(guān)斷期間Ids下降和Vds上升交叉面積帶來(lái)的損耗。

不論是開(kāi)通損耗還是關(guān)斷損耗，主要是發(fā)生在米勒電容放電或者充電區(qū)間，即決定開(kāi)關(guān)損耗的主要是米勒平臺(tái)的時(shí)間以及開(kāi)關(guān)頻率。

對(duì)于目前的反激式應(yīng)用，由于開(kāi)關(guān)頻率普遍偏低（絕大多數(shù)低于100KHz），并且高壓輸入下CCM的深度很淺（對(duì)于全電壓工作的電源，絕大多數(shù)低壓CCM工作的，高壓基本上工作于DCM或非常接近DCM），同時(shí)加上MOSFET的進(jìn)步（CoolMOS和Super Junction大大降低了Crss），實(shí)際應(yīng)用中MOSFET的開(kāi)通損耗是比較小的。拿一個(gè)使用CoolMOS或Super Junction MOSFET的電源，驅(qū)動(dòng)開(kāi)通電阻從幾歐到幾十歐甚至上百歐變動(dòng)，效率幾乎不受影響。

由于反激原邊MOSFET關(guān)斷發(fā)生在[敏感詞]電流處，因此關(guān)斷損耗通常比較可觀。為了降低關(guān)斷損耗，通常從加快關(guān)斷速度上想辦法。

4. 容性損耗
這里把容性損耗獨(dú)立于開(kāi)關(guān)損耗來(lái)討論。容性損耗指的是MOSFET開(kāi)通瞬間，DS間寄生電容通過(guò)MOSFET DS直接放電產(chǎn)生的損耗。我們經(jīng)常可以看到原邊電流波形并非一個(gè)理想的三角形或梯形，而是在開(kāi)通瞬間存在一個(gè)電流尖峰，導(dǎo)致峰值電流控制模式的IC不得不做前沿消隱。

從一個(gè)MOSFET的規(guī)格書(shū)中，通常可以看到兩個(gè)可以用來(lái)直接估算容性損耗的參數(shù)，Eoss和Co(er)。拿英飛凌[敏感詞]一代的CoolMOS IPD70R360P7S舉例：Eoss@400V=1.8uJ，Co(er)=27pF(Vds=0~400V)
如果把Co(er)乘以Vds（400V）的平方再除以2，得到能量2.16uJ，和Eoss基本一致。
比較簡(jiǎn)單的估算，如果開(kāi)關(guān)頻率f=100KHz，則Vds=400V下的容性損耗約：Pco=Eoss*f=0.18W
在實(shí)際應(yīng)用中，這個(gè)損耗很可能是被低估的，有如下原因：
首先實(shí)際應(yīng)用中，264VDC輸入下，輸入直流電壓374V，如果反射電壓100V，那開(kāi)通瞬間的Vds電壓可能在374-100=274V（QR）到374+100=474V之間，即實(shí)際的Eoss可能大于或者小于規(guī)格書(shū)給出的值；
其次實(shí)際應(yīng)用中，MOSFET的DS間等效電容不僅包含MOSFET本身電容，還有變壓器寄生電容，后者很可能大于前者，這種情況下，實(shí)際Eoss損耗會(huì)遠(yuǎn)大于計(jì)算值。

5. 驅(qū)動(dòng)損耗
驅(qū)動(dòng)損耗即Ciss的充放電損耗，計(jì)算方法如下：
Pdrv=Qg*Udrv*f
通常應(yīng)用下也被忽略，一方面由于MOSFET的進(jìn)步，Qg有了顯著的降低，一方面頻率比較低。例如IPD70R360P7S，Qg=16.4nC（Vgs=0~10V，Vds=400V），驅(qū)動(dòng)電壓10V，工作頻率100K下，驅(qū)動(dòng)損耗僅為：
Pdrv=16.4*10*100/1000=16.4mW
需要注意的是，與前面幾項(xiàng)損耗不同，驅(qū)動(dòng)損耗雖然是MOSFET的結(jié)電容充放電導(dǎo)致的，但絕大部分沒(méi)有損耗在MOSFET上，而是損耗在驅(qū)動(dòng)IC和驅(qū)動(dòng)電阻上。

二. ZVS的實(shí)現(xiàn)方案

ZVS即在MOSFET驅(qū)動(dòng)到來(lái)前，Vds電壓已經(jīng)為零了。由于節(jié)點(diǎn)電容上電壓的存在，要實(shí)現(xiàn)ZVS，需要一個(gè)和勵(lì)磁電流反向的電流流過(guò)變壓器原邊電感。傳統(tǒng)的QR，由于退磁后變壓器初級(jí)電感的初始電壓即副邊反射電壓，振蕩是阻尼的，因此開(kāi)關(guān)節(jié)點(diǎn)可能達(dá)到的[敏感詞]電壓只能是Vin-Vor，能不能ZVS取決于輸入電壓和反射電壓。對(duì)于寬范圍輸入，不太可能全輸入范圍實(shí)現(xiàn)ZVS；如果再加上寬范圍輸出（比如PD協(xié)議5-20V輸出的適配器），ZVS的實(shí)現(xiàn)就愈發(fā)困難。

為了實(shí)現(xiàn)這個(gè)反向的電流，對(duì)電感而言，只需對(duì)它反向勵(lì)磁，有源鉗位反激就是這樣一個(gè)思路。

相對(duì)于傳統(tǒng)反激，有源鉗位反激中RCD吸收不可控導(dǎo)通的D變成了可控導(dǎo)通的MOSFET，鉗位電容容值遠(yuǎn)大于吸收電容。漏感能量存儲(chǔ)在鉗位電容中，在鉗位電容上形成一個(gè)相對(duì)平穩(wěn)的電壓。在原邊主MOSFET開(kāi)通前，如果先將鉗位管開(kāi)通一段時(shí)間，原邊電感將反向勵(lì)磁，關(guān)斷鉗位管后，勵(lì)磁電流方向不變，這個(gè)電流抽取結(jié)電容電荷，最后實(shí)現(xiàn)主MOSFET的ZVS。

有源鉗位的好處是不僅實(shí)現(xiàn)了ZVS，同時(shí)能夠回收漏感能量，但從電路結(jié)構(gòu)上，增加了一顆高邊鉗位管，控制IC需要高壓浮區(qū)，成本大幅上升。

本文要討論的ZVS反激，講的是不改變傳統(tǒng)反激電路基本結(jié)構(gòu)，不增加額外的器件，僅從控制上想辦法來(lái)實(shí)現(xiàn)。

前面提到，為了實(shí)現(xiàn)ZVS，需要在原邊管開(kāi)通前，在原邊電感上形成原邊一個(gè)負(fù)電流，即原邊電感需要反相勵(lì)磁。ACF根本方法就是在原邊電感上直接反相勵(lì)磁，代價(jià)是必須增加一個(gè)可控開(kāi)通和關(guān)斷MOSFET。

對(duì)于Flyback，變壓器本質(zhì)上是一個(gè)耦合電感，要在原邊電感形成負(fù)電流，這反相勵(lì)磁其實(shí)是可以從任一繞組上來(lái)操作的，因?yàn)殛P(guān)斷后，能量可以從任一繞組釋放。基于這個(gè)原理，ZVS的實(shí)現(xiàn)就變得相當(dāng)簡(jiǎn)單了。試想一下，工作在DCM下，帶有有同步整流的Flyback，如果副邊退磁完成后同步整流繼續(xù)保持開(kāi)通，那么輸出電壓將會(huì)從輸出繞組對(duì)變壓器勵(lì)磁，只要在原邊開(kāi)通前一定時(shí)間內(nèi)關(guān)斷同步整流，變壓器內(nèi)存儲(chǔ)的能量就會(huì)尋找途徑釋放，而此時(shí)，它就會(huì)反抽原邊開(kāi)關(guān)節(jié)點(diǎn)電容形成負(fù)電流，只要?jiǎng)?lì)磁能量足夠，反抽時(shí)間（同步整流關(guān)斷到原邊開(kāi)通的死區(qū)時(shí)間）合適，就能確保零電壓開(kāi)通。

當(dāng)然，勵(lì)磁可以在變壓器上其他任何一個(gè)耦合的繞組上進(jìn)行。

先上[敏感詞]個(gè)原理圖，是我前兩年搭的一個(gè)實(shí)驗(yàn)電路，用一個(gè)定頻PWM控制器配合一些數(shù)字邏輯電路，實(shí)現(xiàn)同步整流與原邊驅(qū)動(dòng)的互補(bǔ)輸出，同時(shí)留有死區(qū)，這個(gè)電路經(jīng)過(guò)驗(yàn)證，DCM下可以從副邊同步整流倒灌，實(shí)現(xiàn)原邊零電壓開(kāi)通。至于原理，相信大家仔細(xì)看看都能理解。

這種方案有一個(gè)很大的問(wèn)題，注入的能量損耗可能遠(yuǎn)超過(guò)ZVS帶來(lái)的收益。

同步整流如果與原邊完全互補(bǔ)，那深度DCM下，反灌到變壓器的能量可能遠(yuǎn)大于原邊結(jié)電容存儲(chǔ)能量，較大的能量在一來(lái)一回中損失了。接下來(lái)上另一個(gè)圖，這種實(shí)現(xiàn)非互補(bǔ)的驅(qū)動(dòng)，只是在原邊開(kāi)通前打出一個(gè)小脈沖，不多不少，正好能夠抽干結(jié)電容能量就好。

三. 國(guó)產(chǎn)ZVS芯片

說(shuō)到ZVS（零電壓開(kāi)關(guān)技術(shù)）反激，相信大家并不陌生，早在2018年，華為在mate20發(fā)布會(huì)上推出的40W SuperCharge超級(jí)快充充電器，就采用了英飛凌ZVS反激快充方案，這也是ZVS反激的首次商用，該方案具有小體積、大功率、高效率等特點(diǎn)，有效的提高了產(chǎn)品效率及功率密度，因而在華為旗艦機(jī)標(biāo)配超級(jí)快充中一直被沿用。

而作為一家國(guó)內(nèi)領(lǐng)先的模擬IC設(shè)計(jì)公司，亞成微電子于近期成功推出了國(guó)內(nèi)[敏感詞]ZVS反激式開(kāi)關(guān)電源芯片RM6801S，填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)空白。RM6801S是一款高性能高可靠性電流控制型PWM開(kāi)關(guān)控制芯片，內(nèi)置700V高壓?jiǎn)?dòng)，X-cap放電，可調(diào)交流輸入Brown in/out等功能，工作頻率高達(dá)130Khz，全電壓范圍內(nèi)待機(jī)功耗小于65mW，滿足六級(jí)能效標(biāo)準(zhǔn)，并且支持CCM/QR混合模式以及擁有完備的各種保護(hù)功能，專有ZVS技術(shù)降低MOSFET開(kāi)關(guān)損耗，改善EMI特性。采用分段驅(qū)動(dòng)技術(shù)，搭配超結(jié)MOSFET（CoolMOS），并兼容直驅(qū)E-MODE GaN功率器件版本，提高產(chǎn)品效率及功率密度，簡(jiǎn)化EMI濾波電路設(shè)計(jì)，降低EMI器件成本，完美應(yīng)用于大功率快速充電器。