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AC/DC电源设计的要点说明

2018-02-23

      市场上对AC/DC电源的转换效率要求高,满负载效率工作是电源设计的主要因素之一,同时也要提高节能性能,提倡绿色电源。

 

      现在对于小型电源的需求越来越大,即使对一个经验丰富的电源设计师来说,在一个小空间范围内设计最大效率的电源也不是一件容易的事。AC-DC电源在工作状态需要将PFC校正有源功率因数)功率半导体焊接到PCB板上、最后粘贴底盘上。并不是使之绝缘用螺栓固定到底盘上考虑到热粘贴材料的成本,组装成本将会下降。虽然减少了电源的尺寸设备连接处温度,但是将平均无故障时间间隔大约增加一倍。AC/DC电源一般把一个非隔离离线升压预转换器用作PFC级,DC输出电压作为下游隔离DC- DC转换器的输入。

 

      以一个300W12V通用的AC-DC电源为例子,对于300W-500W范围的PFC转换器,应该考虑选择交错式临界传导模式PFC,因为它的效率要高于连续传导模式PFC控制技术。交错式的PFC是一种可变频率控制算法,在算法中两个PFC升压功率级彼此同步180度错相。

 

      对于隔离式DC-DC转换器可以选择半桥,因为它有两个互补驱动的初级端MOSFET而且最大漏源电压受限于所加的DC输入电压。LLC通过可变频率控制技术利用与功率水平设计相关的寄生元素来实现ZVS。由于经调节的DC输出只使用电容滤波,所以只适合输出纹波较低、输出电压较高的场合

 

      对于一个300W12VDC-DC转换器,选择AHB是高效的一种选择。因为它初级电流滞后于变压器的初级电压,可以为两个初级MOSFETZVS提供必要条件。类似LLC利用 AHB实现ZVS的能力取决于对电路寄生元素的透彻了解,比如变压器漏电感、匝间电容和分立式器件的结电容。相比LLC控制中采用的可变频率控制,固定频率可以很大简化次级端自驱动同步整流的任务。

 

      对于300W小型的AHB变压器,解决方案可以采用两个水平磁芯结构:初级端绕组串联次级端绕组并联。其中一个重要设计步骤是把AHB变压器中的漏电感量控制在允许范围之内对于ZVS需要某些特定的漏电感值,对于自驱动SR需要调节时序延迟。

 

      满负载效率主要由转换器功率水平的传导损耗来决定,要保持较高的轻载效率,可以考虑采用交错式PFC控制器。

 

      想要在最大负载范围获得最大效率的小型AC/DC电源,需要针对特定的场合,对磁性元件的选择和放置、功率半导体选择、PCB设计、散热器选择以及控制器特性全部必须完全协同工作才能实现。

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