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发表于 2010-8-17
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新型谐振拓扑结构以及降低EMI的特定技术，可以利用具有高效、空载和尺寸优势的SMPS实现一个音频电源，而且产生的EMI水平也非常低。
音响设备制造商正处在成长的市场当中，他们面对着提高普遍依赖线性电源的产品效率和空载功耗的商业压力。线性电源非常适用于音频应用：无需严格稳压、纹波和保护规范的低成本应用通常需要低电磁辐射和设计时间最短的电源频率变压器。但是，这些电源还会受到非常低的平均效率和高空载功耗的影响，所以需要努力满足如能源之星和CEC的当今主要认证要求。
例如，一个典型12 W线性电源的平均效率大约为63%，而到今年晚些时候提议中的能源之星V2要求是77.8%。大约1.5 W的空载功耗也难以满足该标准要求的300 mW目标。体积庞大的线性电源，特别是在较高功耗时，正变得日益昂贵，因为用于电源频率变压器的铜和钢等全球商品价格还在急剧上升。
虽然低EMI通常是用于音频市场的线性电源的最有吸引力的特点，但是经过整流输出的两倍电源频率交流分量的存在可能造成某些应用出现人耳可听见的“交流哼声”(hum)。而且，随着负载的增加和输入电压的下降，这种通常越来越严重现象将使音质恶化。
音频应用的SMPS
为了克服这些效率和EMI方面的困难，音频电源制造商正在积极寻找替代线性电源的方法，也在将注意集中到普通SMPS拓扑结构，如反激式和RCC。这两种拓扑结构可提供更高的效率、更低的待机功耗和其他功能，如过压、过流和过温保护。SMPS还可以提供严紧的负载和输入稳压，而无需使用二次稳压电路。由于具有严紧控制输出V-I的特点，这些类似的方法可以进行编程来实现许多音频系统要求的峰值负载能力。
不过，在另一方面，SMPS需要较高的材料成本，而且设计时间较长，使之成为了在具体地域市场的低成本、大批量应用中替代线性电源的不那么具有吸引力的选择。由于快速开关瞬变，过多电磁噪声的存在也是一个主要障碍，因为其导致的传导和电磁辐射显著影响了音频信号。为了克服这个弊端，通常需要在SMPS控制器的铁芯中采用昂贵的EMC抑制滤波器以及EMI减少技术。
其中一个技术是利用来自音频系统的同步脉冲来动态改变SMPS的工作频率，以远离瞬间的射频，进而减少干扰。开关频率抖动处理或展频调制是另一个经常使用的方法，以展开噪声的波谱能量，同时保持系统的整体效率。不过，即使有广泛的滤波和先进的控制技术，要实现大多数音频系统所需的非常低的EMI水平，提供预期的信噪比可能都是极其困难的。
取代线性电源的谐振拓扑结构
谐振拓扑结构可提供一种商业可行的电源方案，以克服线性和通用SMPS拓扑结构的局限性，同时满足最新的效率和空载功耗要求，产生的EMI也很低。由于其正弦开关波形，通过在近零电压和电流的开关方法可以最大限度地降低开关损耗，以提供高效率和产生最小限度的EMI。但是，直到最近，由于固有的控制难度和随之而来的高材料成本，谐振拓扑结构还没有在商业上用于消费者电子产品市场的低功耗应用。
新型单开关谐振非连续正激转换器(RDFC)拓扑结构可以为SMPS提供效率、空载和尺寸优势而不增加成本，还具有额外的安全和保护功能。更重要的是对于音频及其他EMI敏感的应用，如无绳电话适配器和调制解调器/路由器电源来说，该拓扑结构为谐振电源转换器提供了自然的低EMI。
由于在开关期间没有能量存储在正激模式变压器内，正激式转换器拓扑结构还有助于减小变压器铁芯的尺寸。这本身就是一种成本优势，而且无需使用次级续流二极管和扼流圈，使该解决方案在低功耗方面更具有商业吸引力。
图1所示为RDFC拓扑结构的主要元件。输入端的整流交流电压是由Cin平流并施加于正激模式变压器。当初级开关电路关闭时，同一个导电相位(conduction phase)的功率从初级传输到次级。通过初级晶体管的电流波形由流经漏感和磁化电感的电流组成。漏电流分量通常处于支配地位，而且会出现在次级二极管上。
RDFC拓扑结构的主要元件，其中的谐振电路由一个作为初级开关的BJT和谐振电容器Cres组成。谐振电容器Cres 与变压器磁化电感进行“谐振”，以实现全谐振开关。
当初级开关电路关闭时，流经变压器的总电流转移到谐振电容器CRes上，这些电容器包括变压器线圈电容器和初级晶体管输出电容器。该谐振电容器与变压器漏感(LLeak)以及磁化电感(LMag)形成了一个谐振电路。
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