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市場上對AC/DC電源的轉換效率要求高,滿負載效率工作是電源設計的主要因素之一,同時也要提高節能性能,提倡綠色電源。
現在對于小型電源的需求越來越大,即使對一個經驗豐富的電源設計師來說,在一個小空間范圍內設計最大效率的電源也不是一件容易的事。AC-DC電源在工作狀態需要將PFC校正(有源功率因數)、功率半導體焊接到PCB板上、最后粘貼在底盤上。并不是使之絕緣用螺栓固定到底盤上,考慮到熱粘貼材料的成本,組裝成本將會下降。雖然減少了電源的尺寸和設備連接處的溫度,但是將平均無故障時間間隔大約增加一倍。AC/DC電源一般把一個非隔離離線升壓預轉換器用作PFC級,DC輸出電壓作為下游隔離DC- DC轉換器的輸入。
以一個300W、12V通用的AC-DC電源為例子,對于300W-500W范圍的PFC轉換器,應該考慮選擇交錯式臨界傳導模式PFC,因為它的效率要高于連續傳導模式PFC的控制技術。交錯式的PFC是一種可變頻率控制算法,在算法中兩個PFC升壓功率級彼此同步180度錯相。
對于隔離式DC-DC轉換器可以選擇半橋,因為它有兩個互補驅動的初級端MOSFET,而且最大漏源電壓受限于所加的DC輸入電壓。LLC通過可變頻率控制技術利用與功率水平設計相關的寄生元素來實現ZVS。由于經調節的DC輸出只使用電容濾波,所以只適合輸出紋波較低、輸出電壓較高的場合。
對于一個300W、12V的DC-DC轉換器,選擇AHB是高效的一種選擇。因為它初級電流滯后于變壓器的初級電壓,可以為兩個初級MOSFET的ZVS提供必要條件。類似LLC利用 AHB實現ZVS的能力,取決于對電路寄生元素的透徹了解,比如變壓器漏電感、匝間電容和分立式器件的結電容。相比LLC控制中采用的可變頻率控制,固定頻率可以很大簡化次級端自驅動同步整流的任務。
對于300W小型的AHB變壓器,解決方案可以采用兩個水平磁芯結構:初級端繞組串聯和次級端繞組并聯。其中一個重要的設計步驟是把AHB變壓器中的漏電感量控制在允許范圍之內,對于ZVS需要某些特定的漏電感值,對于自驅動SR需要調節時序延遲。
滿負載效率主要是由轉換器功率水平的傳導損耗來決定,想要保持較高的輕載效率,可以考慮采用交錯式PFC控制器。
想要在最大負載范圍獲得最大效率的小型AC/DC電源,需要針對特定的場合,對磁性元件的選擇和放置、功率半導體選擇、PCB設計、散熱器選擇以及控制器特性等,全部必須完全協同工作才能實現。