一種無(wú)APFC的全壓開(kāi)關(guān)電源設(shè)計(jì)方案
來(lái)源：電子技術(shù)網(wǎng) 作者：楚俊2013年09月23日 15:37
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[導(dǎo)讀] 相對(duì)于傳統(tǒng)線性電源，開(kāi)關(guān)電源擁有體積小、重量輕、效率高等方生俱來(lái)的優(yōu)勢(shì)。本文針對(duì)大功率開(kāi)關(guān)電源提出一種無(wú)APFC的低成本全電壓設(shè)計(jì)方案，該方案使用自動(dòng)倍壓方式有效減小火牛直流輸入電壓的范圍。低成本、易實(shí)現(xiàn)、功能強(qiáng)、節(jié)能環(huán)保的特點(diǎn)，使得該方案具備較強(qiáng)的商用性。
關(guān)鍵詞：自動(dòng)倍壓全壓電源APFC開(kāi)關(guān)電源
1.引言
相對(duì)于傳統(tǒng)線性電源，開(kāi)關(guān)電源擁有體積小、重量輕、效率高等方生俱來(lái)的優(yōu)勢(shì)。因此近些年，研究開(kāi)關(guān)電源的人越來(lái)越多，相應(yīng)的技術(shù)也層出不窮。研究成本低廉、性能可靠、兼容性強(qiáng)的開(kāi)關(guān)電源成為眾多電源設(shè)計(jì)工程師不斷努力的目標(biāo)。本文針對(duì)大功率開(kāi)關(guān)電源提出一種無(wú)APFC的低成本全電壓設(shè)計(jì)方案，該方案使用自動(dòng)倍壓方式有效減小火牛直流輸入電壓的范圍，從而大大降低電源成本。
2.全壓電源
統(tǒng)計(jì)全世界交流電壓，可以將電壓分為：
日本為代表的100V，美國(guó)為代表的120V，墨西哥為代表的127V，中國(guó)為代表的220V，歐洲多為230V，澳大利亞240V.因此，世界各國(guó)電壓分布在100V-127V和220V-240V兩個(gè)電壓段。即若能滿足這兩個(gè)電壓段要求的開(kāi)關(guān)電源，即可認(rèn)為是全電壓開(kāi)關(guān)電源。實(shí)現(xiàn)全壓的開(kāi)關(guān)電源目前大致可分為：普通無(wú)級(jí)式、APFC無(wú)級(jí)式、自動(dòng)倍壓式。
2.1 普通無(wú)級(jí)式
普通無(wú)極開(kāi)關(guān)電源在小功率開(kāi)關(guān)電源中應(yīng)用非常廣泛。在小于300W的小功率段，設(shè)計(jì)者通常在兼顧結(jié)構(gòu)和成本的前提下，采用100-240V的全段電壓方案。雖然結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但對(duì)功率器件（如：火牛、開(kāi)關(guān)管、整流管）則提出了較高要求。由于在一定范圍器件參數(shù)的提高對(duì)于價(jià)格并無(wú)太大影響，使得在小功率段具備相當(dāng)?shù)男詢r(jià)比的。隨著功率上升，電源對(duì)各部分的功率器件提出了新的要求，這個(gè)要求在價(jià)格上和技術(shù)上都有較大的困難。
2.2 APFC無(wú)級(jí)式
APFC是主動(dòng)式PFC，使用專用PFC控制器。
電路功率元件由標(biāo)準(zhǔn)的boost電路組成，通過(guò)電壓和電流的雙重反饋，其中電壓位于外環(huán)，而電流位于內(nèi)環(huán)。因此，APFC在保證輸出端恒定電壓的同時(shí)，使得電流的波形為正弦波。
APFC帶來(lái)的好處也是顯而易見(jiàn)：①較大的提高功率因數(shù)；②可以兼容輸入100-240V全段電壓；③EMC方面有很好的改善。不足之處：
①體積和重量有所增大；②電源成本大概有百分之五十的上升。
2.3 自動(dòng)倍壓式
鑒于手動(dòng)操作的種種弊端，以及世界各國(guó)電壓規(guī)律，自動(dòng)倍壓式在手動(dòng)倍壓式基礎(chǔ)加以改進(jìn)，實(shí)現(xiàn)了低電壓國(guó)家輸入電壓的自動(dòng)切換。自動(dòng)倍壓開(kāi)關(guān)可以采用繼電器、MOSFET、IGBT、可控硅。由于該設(shè)計(jì)應(yīng)用在50-60Hz的工頻條件下，考慮過(guò)零要求，以及生產(chǎn)成本。
選用可控硅作為開(kāi)關(guān)切換器件。可控硅在成本上有著極大的優(yōu)勢(shì)，而響應(yīng)速度又能滿足要求。
3.系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及原理
電源基本指標(biāo)：額定輸出1200W，峰值功率2400W;輸入電壓可AC100-127V和220-240V;輸出電壓為DC160V.系統(tǒng)滿足全球電壓兼容的同時(shí)，兼具備低于0.3瓦的超低待機(jī)功耗能力。
3.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
整機(jī)系統(tǒng)可分為主電源部分用來(lái)給功放部分提供電力。輔助電源提供初級(jí)控制電路和次級(jí)控制電路使用。控制器用來(lái)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)電壓識(shí)別及倍壓功能，同時(shí)結(jié)合MCU實(shí)現(xiàn)遙控喚醒系統(tǒng)功能。AC轉(zhuǎn)DC的整流部分，輔助電源與主電源設(shè)計(jì)成獨(dú)立供電方式。在待機(jī)模式中輔助電源脫離主電源整流部分，這樣為低待機(jī)功耗提供了硬件基礎(chǔ)。
3.2 主電源
3.2.1 主電源設(shè)計(jì)
主電源采用移相全橋拓?fù)洹Ｈ珮螂娐芬子趯?shí)現(xiàn)大功率的輸出，而移相全橋作為全橋電路的改良版本，在整機(jī)效率方面更具備優(yōu)勢(shì)。橋式電路中串入諧振電感，諧振電感與MOS管的寄生輸出電容Coss之間諧振。從而在MOS管開(kāi)啟之間使得DS端電壓為零，實(shí)現(xiàn)零壓開(kāi)啟。因?yàn)閷?shí)現(xiàn)了MOS管的零壓開(kāi)啟，降低了驅(qū)動(dòng)電路以及MOS管Qg常數(shù)的要求，使得器件成本也隨之降低。使用雙象可控硅作為倍壓開(kāi)關(guān)。單向可控硅可斷開(kāi)整個(gè)主電源的供電。當(dāng)可控硅完全斷開(kāi)時(shí)，整個(gè)主電源電路上所有器件均無(wú)電流環(huán)路，除去可控硅本身極小的漏電流，主電路無(wú)功耗損失。
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