身處於21世紀的科技爆發年代，使用3C電子用品已經是現代人日常生活的一部分，而且對於用電的需求也越來越高，能源效率的規範也是日趨嚴格。電源供應(Power Supply)的發展也由早期的線性式電源供應器(Linear Power Supply) 演進到切換式電源供應器(Switch Power Supply, SPS)，其中Flyback converter(馳返式轉換器) 最被廣泛的應用在開關模式電源供應器SMPS(Switch Mode Power Supply)場域，是AC-DC(交流轉直流)重要的里程碑，多用於150W以下的電源供應器，由於早期控制方式以Hard Switching為最主要控制方式， 但早些年前由於能源效率規範效果不彰，製造商最常使用的Hard Switching控制器也致使SMPS效率較為低落，甚至介於50%~70%較低的能源轉換效率。

近年來地球暖化效應日趨嚴重，人們開始重視節能減碳及能源效率的提升，而溫室效應也加速了SMPS的時代演進，先進國家紛紛對於SMPS制定相關節能規範以提高效率及降低待機功耗，的節能規範，如美國EPA(美國環保署)與DoE(美國能源部)共同贊助的Energy Star(能源之星計劃)，Energy Star針對於電子產品與External Power Supply(外接式電源供應器)的節能規格，制定全球能見度最高的能源效率認證計劃，許多國家的法規也將SMPS產品的能源效率納入認證項目之一。

在1998年時隸屬DoE的LBNL (勞倫斯伯克利國家實驗室)提出了一個評估，單就美國的一年SMPS產品之待機功耗就佔據住宅用電的5%，以當時LBNL的估算，相當浪費30億美元的電力，DoE通過每六年一次的專家審查，將認證時的負載定義在空載、25%、50%、75%、滿載等作為基礎提升，傳統我們比較注重SMPS的滿載效率，如此並不能有效的減少能源的浪費，未來的節能法規將會更注重在待機與輕載效率的提升，美國將DoE頒布成節能法規，銷售北美地區的SMPS產品必須經過節能認證才能銷售，經由強制認證致使SMPS產品進入了更高效率的節能時代，現今的SMPS需要更小的體積， 更高的能源效率，更低的廢熱，更低的待機功耗，更小的雜訊產生，最被SMPS廣泛使用的 Flyback的控制電路，也漸漸的由Hard Switching控制，經過長久的進化，進入到節能高效率Soft Switching控制的新領域，請見圖一。

圖一

Hard Switching由於在電源輸出輕載及重載的狀況下都維持最高工作頻率，操作在輕載高工作頻率的狀態導致高頻損失增加，致使輕載效率通常呈現較低水準的效率表現，Multi-Mode-Control對比Hard Switching優化了重載、中載、輕載工作效率，在輕載時將工作頻率降低到較低，避免輕載高頻切換損失，Soft switching的Quasi Resonant (準諧振或谷底切換) 也已經在市場上使用多年，利用諧振特性進一步把MOSFET開關切換在低於輸入電壓以下達成效率的優化，另外近年來Soft Switching 的ZVS和ACF等控制方式也正在長足發展。高頻率寬能隙帶的GaN-FET(氮化鎵-場效應電晶體)也在市場中逐漸取代傳統的MOSFET，使用比以往更高工作頻率的 ZVS 搭配 GaN-FET除了提升效率外，也將SMPS變的更加的小型化，此類的新技術不斷推進能源效率的提升，節省了不必要的電力損耗，也進一步對降低碳排放量做出貢獻， 對使用者而言也帶來了重量更且輕體積更小，也更方便攜帶的SMPS。

在SMPS中擔任開關工作的MOSFET其電氣特性與本體電容寄生效應，會在開關切換期間形成Conduction Loss (傳導損失) 與Switching Loss (切換損失)，在開關切換的過程中，MOSFET在Turn on時因為本身R_(DS_ON)導通電阻，形成傳導損失Conduction Loss=I_D^2*R_(DS_ON)，又因為驅動時因為MOSET 寄生電容也會導致開關斜率，故MOSFET 由導通轉到截止或是由截止轉到導通MOSFET都會有電壓電流同時存在的重疊交越區域，這個電壓電流同時存在的現象造成了切換損失， 如圖二所示V_DS與I_D交疊部分就是所謂的Switching Loss。

圖二

為了降低Hard Switching Loss硬切換損失, 軟切換Soft Switching的發展優化解決MOSFET居高不下的Switching Loss開關切換損失，Soft Switching 的ZVS便是利用零電壓切換將MOSFET Turn on在接近接近零電壓來降低開關切換時的功率損失，開關切換損失在MOSFET電壓電流交越的Switching Loss=V_(DS(t))*I_(D(t))，藉由 ZVS 技術可大幅度的降低MOSFET 在Turn on時的電壓V_DS到0 準位，藉此便能在操作期間將變壓器連接MOSFET端點電壓下降趨近為零，ZVS操作可見圖三在MOSFET 端點電壓V_DS在接近0V的狀態下導通， 如此使得MOSFET 電壓及電流交越的V_DS*I_D乘積變小， 進而降低切換損失。

圖三

Renesas 專注於AC-DC 轉換器並深耕ZVS技術多年，採用數位核心的ZVS控制方式，相較傳統的65KHz工作頻率，iW9802允許切換頻率可高可達200KHz，效率與工作頻率同時能夠拉高，就能使用更小型的變壓器與更小的輸出電容，系統零件體積減少，更高的操作效率也使本體的廢熱減少，有效提升功率體積Power Density，目前的工藝技術已可達到Power Density 介於>1W/CC~2W/CC的水準。

Renesas搭載ZVS 控制引擎的iW9802，已經實現高性能的Flyback 拓樸ZVS控制， Renesas自我專利技術的Adaptive ZVS technology(自適應ZVS控制技術)，在電源系統中能主動的將V_DS 調節至電壓低點， 更進一步的在接近零電壓時將MOFET Turn On， 真正實現高效率的MOSFET開通低損耗，有效提高電源轉換效率，見圖四，藉由Adaptive ZVS使65W電源供應器的效率提升，總體平均效率可提升至92%以上，單點平均效率更可高達到94%以上， Adaptive ZVS輔助電源系統在的高壓線路時的切換損耗大幅度縮減。

圖四

寬範圍的交流輸入90V AC至264V AC，輸出直流電力為20V*3.25A的65W的輸出功率，廣泛應用在市場的Flyback轉換器仍然是成本、效能最佳的選擇。搭配Renesas Adaptive ZVS iW9802控制器來驅動Flyback如圖五， 藉由Adaptive ZVS高效率的零電壓切換效能，大幅度的降低開關切換損耗，實際電路僅需要在傳統線路增加ZVS 繞組與小信號用的MOSFET，便可建構高效率的ZVS控制線路，ZVS繞組除了在變壓器中可作為降低MEI屏蔽層使用外，並可吸收Primary及Secondary side漏感能量，降低Snubber損耗，降低發熱量，最高工作頻率也可達到200KHz，可適當縮小變壓器以及輸出電容，iW9802搭載多項專利技術，多模式控制(Multi-mode control)，數位類比混和控制技術，以及Adaptive ZVS控制，兼顧了低成本與更高效率表現。

圖五

iW9802 Adaptive ZVS使用的ZVS繞組，在主開關MOSFET Turn on之前，ZVS繞組透過ZVS MOSFET短暫導通反推能量，藉此讓變壓器電感和線路中的寄生電容產生諧振，如此便能降低主開關上的電壓。通過Renesas Adaptive ZVS專利控制技術，在90V AC至264V AC交流電壓、輸出直流電壓和負載電流的全部範圍操作條件下，為主開關建立一個優化的ZVS導通條件。在主開關斷關時，ZVS輔助繞組還回收了部分變壓器漏感上的能量，並有效降低了關斷損耗。相較於ACF(主動鉗位馳返式轉換器)控制器，ZVS控制器可以將整體成本降低，因為它不需要高壓驅動器和額外的高壓MOSFET（通常使用600V或更高）這些零件，高效率低成本的ZVS達到與ACF拓撲幾乎同等的效率範圍。

65W的SMPS使用iW9802作為初級側控制器，SR(次級同步整流器)iW610作為次級側控制器。iW9802使用高階的數位演算法控制技術來實現Adaptive ZVS，激發系統更高的工作效能。SMPS產品的體積取決於滿載效率和開關頻率，高工作頻率跟高效率就等於小體積。為了滿足各種能源效率的節能標準，實現在全負載範圍的高效率而不帶來聽覺雜訊等問題，iW9802在控制方面採用了Renesas獨特的Adaptive multi-mode control (自適應多模式控制)專利控制技術，在滿載和重載時採用高頻的PWM模式，從重載到輕載開關頻率則相應降低，其調變方式依序為PWM、PFM、DPWM（Deep PWM）和Burst模式。iW9802內建的主開關和ZVS開關的驅動器。其Adaptive ZVS 根據SMPS的資訊即時反饋，採用超精確的數位演算法，逐開關週期檢視並動態地調整ZVS控制時序。因此，無論輸入輸出電壓及負載如何變化，或者更換何種主開關MOSFET，Adaptive ZVS都可以應對自如，相對的在ZVS運作期間優化整體的工作週期，從而大大降低Switching Loss，除了回收能量外，並可實現較低的EMI，若進一步搭SR+PD(USB Power Delivery)控制器iW709，Power Consumption(待機功耗)更能低於30mW的水準，SMPS領域正迅速地朝向更高功率、高功率密度、高效率、小型化、高性能、低成本等方向發展。Renesas Adaptive ZVS的iW9802和iW610、iW709晶片組合的高功率密度解決方案，可實現高功率密度和高輸出精度的設計。