在多路輸出反激式電源中,如果希望每一路輸出都具備良好的調節(jié)精度,最常見的做法,是在反激級之后增加DC-DC后級穩(wěn)壓器。
這個方法當然有效,但代價也很清楚:
更多器件、更大的PCB、更高的損耗,以及更復雜的系統(tǒng)。
而當系統(tǒng)輸入電壓進一步升高時,問題會出現在另一個維度上。
在 400 VAC 以上、甚至接近 600 VAC 的工作條件下,即使采用寬禁帶器件,如果無法實現可靠的零電壓開關(ZVS),主開關的開關損耗和溫升也會迅速放大。在 600 VAC 以上,很多設計被迫降低開關頻率來壓制損耗和溫升,結果是磁性器件變大、功率密度下降,系統(tǒng)設計空間被進一步壓縮。
因此,在高壓應用中,是否能夠實現可靠的 ZVS,將直接影響系統(tǒng)在效率、功率密度和熱設計方面的取舍。
單級、多路、無 DC-DC 后級
這次的方案選擇了一條不同的路徑:
單級反激式拓撲
三路獨立調節(jié)輸出
不使用 DC-DC 后級穩(wěn)壓器
系統(tǒng)工作在 90–670 VAC 超寬輸入范圍,輸出為 5V/2.5A、12V/1A和24V/1.5A, 總輸出功率為60W。
關鍵在于:能量在任一時刻只被引導到一路輸出。

圖1. 具有獨立反饋的多路輸出反激式電源
通過輸出選擇機制,控制選通開關(SEL1 / SEL2),避免了多路同時導通帶來的交叉調節(jié)問題。為確保這一點,需要對各路輸出的反射電壓VOR進行合理設計,使其滿足:
V(OR(5V) ≤ V(OR(12V) < V(OR(24V)
這樣可以確保當能量釋放到5V或12V輸出時,24V輸出上的二極管D2始終保持反向偏置。最高VOR值通常設置在200至250V之間,既為初級開關預留充足裕量,又能確保次級側能量快速釋放。更快的放電速度使系統(tǒng)更傾向于工作在不連續(xù)導通模式(DCM),從而降低由于連續(xù)導通模式(CCM)造成的開關損耗和二極管反向恢復損耗風險。
自適應 ZVS:隨工況變化而動態(tài)維持零電壓開關
在 670 VAC 這樣的輸入條件下,ZVS 已不再只是效率優(yōu)化手段,而成為決定系統(tǒng)設計空間的重要因素。
這里ZVS的實現并不需要額外增加輔助電路,而在于如何有效利用系統(tǒng)中已有的同步整流(SR)器件。

圖2. ZVS工作方式
當次級放電電流斷續(xù)時,在初級開關導通前,將SR打開,從而產生一個反向電流。該反向電流從5V輸出電容,經選通開關SEL1的體二極管,流入次級地。當SR關斷時,能量換向回到初級側,并產生相應的反向電流,有效地釋放1700V GaN開關兩端的電壓,從而實現零電壓開關。更重要的是,這一過程是自適應的:
隨輸入電壓變化
隨負載變化
隨系統(tǒng)參數變化
SR 的導通時序和持續(xù)時間都會動態(tài)調整,確保 ZVS 在整個工作范圍內都能可靠維持,而不是“只在某個點成立”。
實測結果:在高壓下,差異會被放大
在 670 VAC、60 W 的工作條件下,對比是否采用 ZVS 控制,結果非常直觀:
系統(tǒng)效率提升接近 1%
IC 溫升降低到原來的約三分之一
開關 dv/dt 降低,傳導 EMI 改善
在高壓應用中,1% 的效率提升并不是一個“漂亮數字”,而是直接轉化為熱設計、可靠性和器件余量的巨大差異。


(c) 傳導輻射,輸入電壓230VAC
圖3. ZVS控制帶來的溫升和EMI性能改善
多路輸出的調節(jié)精度
在 170–650 VAC 輸入范圍內,各路輸出從空載到滿載的調節(jié)誤差均保持在 ±1% 以內,且無需任何 DC-DC 后級穩(wěn)壓器。這說明在系統(tǒng)層面,多路輸出的精準調節(jié)并不是必須通過“堆級數”來解決的問題。

圖4. 輸出調整精度相對于負載的變化
總結
在工業(yè)級高壓應用中,多路輸出反激式電源面臨的挑戰(zhàn),早已不是單一維度的問題:
多路輸出調節(jié)
超寬輸入范圍
開關損耗與熱設計
EMI 約束
通過1700 V GaN 器件、自適應 ZVS 控制以及合理的能量分配機制,單級反激拓撲在高壓、多路輸出應用中,在效率、熱性能、EMI 表現以及系統(tǒng)復雜度等多個關鍵維度上均展現出明顯優(yōu)勢。
ZVS的優(yōu)勢在低壓條件下或許并不顯著;但當輸入電壓被拉高到數百伏等級時,這些系統(tǒng)級優(yōu)勢會被迅速放大,其工程價值也隨之更加清晰。
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