从智能手机到平板电脑，每一代都比上一代更小、更强大。它通常由电池供电，并且必须通过外部充电器或适配器定期充电。向更强大的处理器和更大屏幕的转变对电源设计师提出了挑战，他们必须不断想出新的方法来提高效率和减小电池充电器的尺寸。DoE Level VI 和 EU CoC V5 Tier-2 等严格的新标准提高了对各种电源适配器的效率要求。
因此，设计人员必须改进不连续模式准谐振反激拓扑的设计。这种转换器传统上用于实现功率高达 100 W 的低成本 AC-DC 电源适配器。
反激式转换器使用的组件相对较少，设计简单，并且可以容纳多个输出。使用硅功率MOSFET，如果采用同步整流，其效率可以高达90%，并且开关频率保持在100 kHz以下以降低开关损耗。
1. 反激式拓扑结构简单且成本低，但开关晶体管上的高电压应力限制了其在低功率 (<100 W) 应用中的使用。（来源：TI 培训：“了解反激式转换器的基础知识”）
图 1显示了反激设计的基本结构。变压器充当耦合电感器而不是真正的变压器。当电源开关打开时，反激式转换器将能量存储在初级侧电感器中。在关断期间，能量转移到次级并从那里转移到输出。电流在初级或次级绕组中流动，但不能同时在两者中流动。
最简单的工作模式是不连续模式 (DCM)。功率级设计为允许变压器在每个开关周期内完全退磁。最基本的 DCM 控制方案以固定频率切换并调制峰值电流以支持负载变化。
2. 耗散漏感的能量需要无源或有源钳位电路。（来源：TI 培训：“什么是有源钳位反激式？ ”）
如图 2所示，我们可以将反激变压器建模为漏电感 (L LK )、初级侧励磁电感 (L PM ) 和理想变压器。漏感实际上与 Q1 串联。当 Q1 关闭时，通过 L LK和 L PM的电流被中断。存储在 L PM中的能量转移到次级绕组和输出，但漏感能量会导致大电压尖峰对电源开关施加压力。
在变压器的初级侧添加钳位电路（也称为缓冲器）为漏感电流提供了路径。钳位设计必须满足几个目标：必须将 Q1 上的应力限制在可接受的水平；它必须以最小的损耗快速释放漏感；并且它不能降低整体循环动态。
图 2 显示了两种电路。无源钳位使用串联的齐纳二极管和阻塞二极管。当 Q1 导通时，阻塞二极管反向偏置，没有电流流过钳位。当 Q1 关闭时，电压尖峰开启二极管，电路将漏极电压钳位至 (VIN + VZ + VD )。
这种方法简单且相对便宜，但无源钳位电路会降低系统效率，因为它将漏电感能量作为热量消散。根据无源钳位功耗方程，功率损耗随着开关频率的增加而增加：
其中 VCLAMP是 Q1 关闭时钳位两端的电压；NP/NS为变压器匝数比；IP为变压器峰值初级电流。
一旦漏感能量耗尽，输出二极管将继续导通，直到磁化电流降至零。输出二极管关断后，系统中的剩余能量会导致励磁电感 LM和开关节点电容 CSW之间产生谐振。
3. QRF 使用第一个谐振谷来触发下一个开关周期。
准谐振 (QR) 工作模式（图 3），也称为临界传导模式 (CCM) 或过渡模式 (TM)，利用这种谐振来减少损耗。QR 反激式 (QRF) 控制器检测到第一个谐振谷 - 当 VSW处于最小值时 - 并使用该事件来控制 MOSFET 在下一个周期的导通。这种技术被称为谷底开关 (VS)。
QR 是低功率反激式转换器的流行选择，并通过无源钳位配置提供最大功率。但是，由于 V SW不为零，因此仍然存在开关功率损耗 P SW(QRF)，由下式给出：
有源钳位电路解决了这个问题。该设计用一个与钳位电容器串联的高压 FET（图 2 中的 QC）代替了两个二极管。FET 可以是 p 沟道或 n 沟道。p 沟道器件更易于控制，但在高电压下可用的选择更少。因此，对于离线使用，最好使用 n 沟道 FET，即使它需要高边驱动器。
有源钳位电路不是浪费漏感能量，而是通过将能量存储在电容器中来提高效率，然后在开关周期的后期将其传送到输出端。将 TM 与有源钳位相结合可以完全消除开关损耗，使有源钳位反激的开关频率更高，从而减小电源尺寸（图 4）。
4. 三种钳位策略的比较显示，随着我们从左到右，开关电压依次降低。（来源：TI 培训：“基于 GaN 和硅 FET 的有源钳位反激式转换器的比较 - 第 1 部分”）
在变压器退磁期间，高边开关保持导通，钳位电容与漏电感谐振。这允许有源钳位将泄漏能量循环到输出。
通过保持高侧开关打开，磁化电流 I m可以一直斜坡下降到零并超过零到相反方向；Q C然后关闭，其中流过一点负电流。负电流使开关节点的结电容放电，并允许低端开关在经过短暂延迟后以零电压导通。因此，在过渡模式下工作的有源钳位反激式 (ACF) 也可以消除开关损耗。这种技术称为零电压开关 (ZVS)。
不过，ACF 有两个小缺点。增加额外的负电流会增加磁通密度，因此有源钳位的磁芯损耗略高于无源钳位的磁芯损耗。此外，在退磁期间钳位电流在变压器初级绕组中流动。较大的初级电流会增加总绕组损耗；如果开关节点电容变得太大，大量的负电流会抵消 ACF 的效率增益。
将硅功率器件改为基于氮化镓 (GaN) 的晶体管可进一步提高效率。与硅 MOSFET 相比，GaN 器件具有更低的导通电阻、更高的击穿电压、更好的反向恢复特性，并且可以在更高的温度下工作。它还具有更低的开关损耗；因此，它可以在更高的开关频率下工作。
更高的开关频率允许使用更小的电容器、电感器和变压器，从而减少电源转换器的尺寸、重量和成本。改用 GaN 可以将适配器的尺寸减小多达 50%。
该表比较了三种拓扑在四个类别中的性能：钳位损耗、开关损耗、磁芯损耗和绕组损耗。
使用有源钳位提高效率可以提高功率密度。在 150-260 kHz 下切换时，65 W 无源钳位 QRF 可实现约 11 W/in3 的功率密度；等效有源钳位反激式设计开关在 120-165 kHz 时可达到 14W/in3左右。