縮小適配器的困難
　　在不影響安全性、效率或可靠性的情況下實(shí)現(xiàn)更小的尺寸始終是一項(xiàng)艱巨的任務(wù)。適配器小型化主要面臨兩個(gè)障礙。第一個(gè)障礙涉及輸入電容器的小型化，但這一問題尚未取得進(jìn)展，因?yàn)樵谶@種情況下更高的開關(guān)頻率無濟(jì)于事。其次，減小變壓器尺寸對(duì)于平面變壓器來說仍然是一個(gè)挑戰(zhàn)，因?yàn)樵褦?shù)較少會(huì)導(dǎo)致較大的鐵芯損耗。作者提出的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)允許輸入電容器和 AHB 變壓器的尺寸減小約 50%。包括初級(jí)交流電壓鉗位器和 AHB 轉(zhuǎn)換器在內(nèi)的完整電路采用 90 至 264VAC 輸入電壓和 20V/3A 輸出實(shí)現(xiàn)。
　　反激式拓?fù)?br>　　圖 1 顯示了一般的反激式拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，其工作原理是在開關(guān)周期的一半時(shí)間內(nèi)將能量存儲(chǔ)在磁場(chǎng)中，然后在另一半時(shí)間內(nèi)將該能量傳輸給負(fù)載。圖 2 描述了 AHB 電路的實(shí)現(xiàn)。反激式轉(zhuǎn)換器可以受益于 GaN 開關(guān)，在低頻（例如 100kHz）下實(shí)現(xiàn)小型化，這是因?yàn)?GaN 開關(guān)具有固有的低導(dǎo)通電阻，可以降低損耗。相反，由于 AHB 可以在 GaN FET 的幫助下以非常高的頻率運(yùn)行，因此變壓器可以在 1MHz 左右變小，從而減小體積。名稱“不對(duì)稱”指的是兩個(gè)開關(guān)在電壓處理和驅(qū)動(dòng)要求方面的不平衡，因?yàn)楦叨碎_關(guān)需要浮動(dòng)?xùn)艠O驅(qū)動(dòng)，并且其電壓應(yīng)力高于低端開關(guān)。

　　　圖1：通用反激式轉(zhuǎn)換器原理圖
　　雖然兩種拓?fù)涠紝?shí)現(xiàn)了一定程度的小型化，但仍然存在一些問題，第一個(gè)問題就是輸入電容Cin的大小。
　　　圖 2：非對(duì)稱半橋反激式
　　輸入電容Cin由其在最低Vin時(shí)的能量存儲(chǔ)能力決定，其耐壓與最高Vin有關(guān)。換句話說，更高的開關(guān)頻率無助于實(shí)現(xiàn)小型化。對(duì)于應(yīng)承受400V的變壓器也是如此，但平面結(jié)構(gòu)中的匝數(shù)有限，因此增加頻率無效并且會(huì)導(dǎo)致較大的磁芯損耗。平均而言，在典型的AC適配器中，Cin約占總體積的40％，而變壓器約占總體積的45％。
　　初級(jí)電壓鉗位器　　為了解決這一缺點(diǎn)，可以提出一種結(jié)合初級(jí)電壓鉗位器和 150V 供電 AHB 轉(zhuǎn)換器的電路拓?fù)?，這可以減小輸入電容器和變壓器的尺寸。借助 150V GaN 開關(guān)以 1MHz 的頻率切換 AHB 轉(zhuǎn)換器，可以縮小變壓器的尺寸。

　　圖 3：建議的電路實(shí)現(xiàn)（1）。
　　電壓鉗位器的設(shè)計(jì)理念與電容器中存儲(chǔ)的能量有關(guān)，相當(dāng)于 CV 2，因此從理論上講，將電壓減半將使大容量電容器體積減少 。一般而言，鉗位器的功能是通過修改其直流電平來上調(diào)或下調(diào)電壓波形?！　‰娐穼?shí)現(xiàn)如圖 3 所示，其中 Qclp 是鉗位 FET，輸入電容器 Cin 用于電壓鉗位。在最小輸入電壓（約 100VAC）時(shí)，Qclp 完全開啟，以常規(guī)電容器輸入模式運(yùn)行（圖 4a）。在更高的輸入電壓下，電壓鉗位器被激活，如圖 4b 所示。VAC' 是整流后的交流電壓，Ic 是通過 Cin 的充電電流。當(dāng) VAC' 達(dá)到 V1 時(shí)，Ic 開始流動(dòng)以對(duì) Cin 充電，對(duì)應(yīng)于角度 a；因此，如果 T  是半周期，則乘積 aT ? 表示導(dǎo)通時(shí)間。當(dāng) VAC 達(dá)到 V2 時(shí)，Qclp 關(guān)閉，這發(fā)生在 Cin 放電的角度 (1-a) 期間。

　
　　圖 4：不同時(shí)間尺度下的主要波形：a）低輸入電壓和 b）高輸入電壓（1）
　　借助一些方程，可以得出角度 a 與鉗位電壓 V2 的關(guān)系；以及 Cin 和 Ic 與 V2 的關(guān)系。傳統(tǒng)交流適配器需要 450V 電壓鉗位電容器，而電壓鉗位電容器需要 200V 電壓。如前所述，這會(huì)導(dǎo)致實(shí)際使用時(shí)減少 ? 或  倍。具體來說，當(dāng)使用 120mF 電解電容器時(shí)，從 450V 電容器轉(zhuǎn)換為 200V 電容器時(shí)，體積從 8,260 立方毫米縮小到3,140 立方毫米。
　　150V 供電 AHB
　　半橋由 Q1 和 Q2（Rohm 的部件編號(hào) GNE1040TB）驅(qū)動(dòng)，開關(guān)節(jié)點(diǎn)連接到匝數(shù)比為 n=N1:N2 的變壓器和諧振電容器 Cr。圖中的變壓器是理想的，因此應(yīng)與 N1 并聯(lián)添加磁化電感 Lm。漏電感 Lkg 與圖中的 N2 串聯(lián)。在次級(jí)側(cè)，二極管由于極性相反而在關(guān)斷時(shí)間內(nèi)導(dǎo)通，從而允許傳輸功率。
　　AHB 轉(zhuǎn)換器既可以在“電流諧振模式”下工作，也可以在“連續(xù)電流模式”下工作。第二種工作模式看起來更受歡迎，因?yàn)?a) 良好的 PWM 控制，適用于寬范圍的輸出電壓；b) 通過在輕負(fù)載下磁化電流和在重負(fù)載下漏電感電流實(shí)現(xiàn)零電壓開關(guān) (ZVS) 能力。
　　從 CoilCraft 選擇的平面變壓器通常具有有限的匝數(shù)。計(jì)算條件為初級(jí)線圈 12 匝、ΔB 為 70 mT、開關(guān)頻率為 1 MHz、標(biāo)準(zhǔn)交流輸入的 AHB 輸入總線電壓為 400 V，電壓鉗位為 150 V。因此，400Vbus 需要 PL300 磁芯，而 150Vbus 需要 PL160 磁芯尺寸，比 PL300 小 2.7 倍。一般設(shè)計(jì)方程如下所示。