主電源設(shè)計(jì) - 一種無(wú)APFC的低成本全電壓設(shè)計(jì)方案

　　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)?。全橋電路易于?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。

　　3.2.2 倍壓結(jié)構(gòu)和原理

　　倍壓方式與手動(dòng)倍壓原理一致，當(dāng)交流電壓處于1、2象限時(shí)，電流流向?yàn)椋t色軌跡）：AC+ -》 D1 -》 CAP1 -》 K -》 AC-，電源給給電容CAP1充電，其電壓將達(dá)到交流峰值；當(dāng)交流電壓處于3、4象限時(shí)，電流流向?yàn)椋ňG色軌跡）：AC- -》 K -》 CAP2 -》 D4 -》 AC+.，電源給電容CAP2充電，其電壓也將達(dá)到交流峰值。因此，整流后的電壓將會(huì)雙倍于開(kāi)關(guān)斷開(kāi)狀態(tài)的電壓。

　　AC輸入電壓為AC100V-127V和AC220V-240V.由公式可知整流輸出后電壓范圍為：

　　DC283-DC360V.充分考慮器件分壓：如電容ESR、開(kāi)關(guān)管壓降、EMI器件壓降，可以認(rèn)為在重載情況下整流導(dǎo)通約為60度，電壓取值可以認(rèn)為在：DC245V-DC360V.相對(duì)于普通全壓電源電壓取值范圍（將達(dá)到：DC122-DC360V）有大幅度衰減。

　　3.3 輔助電源

　　輔助電源采用反激RCD拓?fù)?。輔助電源為所有控制電路提供電力，由于整體要求功耗低于15W，選用反激拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的集成方案實(shí)現(xiàn)。

　　無(wú)論在體積和成本控制均為理想的選擇。集成方案中常引入了‘打嗝’模式很容易將功耗控制在0.3W以?xún)?nèi)。

　　3.4 控制電路

　　過(guò)零邏輯電路、倍壓邏輯電路、可控硅驅(qū)動(dòng)電路等組成控制電路。由于使用單向可控硅和雙向可控硅相結(jié)合可以切斷整流后級(jí)電路（包含濾波電容），理論上后級(jí)電路零功耗。

　　結(jié)合輔助火牛，整機(jī)待機(jī)功耗可輕易控制在0.5W以?xún)?nèi)，滿(mǎn)足‘能源之星’的要求。

　　3.4.1 過(guò)零電路

　　由于沒(méi)有NTC的阻流作用，控制電路還須實(shí)現(xiàn)ZVS控制。倍壓控制邏輯和ZVS控制邏輯必須保持同步。驅(qū)動(dòng)電路則使用光耦進(jìn)行隔離驅(qū)動(dòng)，有效避免可控硅驅(qū)動(dòng)電位不一致的問(wèn)題。

　　圖2-4中比較器U1-B可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)過(guò)零狀態(tài)，同時(shí)為避免多次過(guò)零判斷，加入R101完成過(guò)零邏輯自鎖。圖2-5和2-6為實(shí)測(cè)電壓和電流波形。

　　其中圖2-5為使用NTC限流電路，在電源開(kāi)啟瞬間電壓和電流波形。圖2-6為零壓開(kāi)關(guān)電路，電流得到很好的控制，電流有一個(gè)從‘0‘

　　開(kāi)始變大的過(guò)程。浪涌電流也低于NTC限流電路，浪涌電流得到明顯的控制，且不受開(kāi)機(jī)間隔的限制，可以任意開(kāi)關(guān)次數(shù)和頻率的限制，效果非常明顯。

　　自動(dòng)倍壓邏輯先于過(guò)零邏輯產(chǎn)生。圖2-4中，比較器U1-A實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)輸入電壓，其輸出邏輯與過(guò)零邏輯為’與‘的關(guān)系。倍壓邏輯電路一方面要能夠根據(jù)輸入電壓自動(dòng)實(shí)現(xiàn)倍壓操作，同時(shí)要能夠有效的防止干擾性波形，引起系統(tǒng)不必要的動(dòng)作甚至誤操縱的可能。如：當(dāng)負(fù)大幅度波動(dòng)時(shí)所帶來(lái)的輸入電壓的波動(dòng)，而這種波動(dòng)是在一定范圍內(nèi)活動(dòng)的，所以只需對(duì)門(mén)限進(jìn)行設(shè)定，便可以允許一定范圍內(nèi)的電壓波動(dòng)。而在開(kāi)機(jī)過(guò)程中需要避免的是電路需要避開(kāi)電壓上升過(guò)程帶來(lái)的倍壓誤操作和關(guān)機(jī)過(guò)程中，電壓的正常下跌時(shí)倍壓的誤操作。快速開(kāi)關(guān)操作過(guò)程中，可能存在的倍壓誤操作。

　　3.4.3 可控硅驅(qū)動(dòng)

　　雙向可控硅的驅(qū)動(dòng)方面對(duì)工作象限較為敏感。令驅(qū)動(dòng)電壓方向?yàn)闄M軸，電流方向?yàn)榭v軸。對(duì)于雙向可控硅而言，最佳工作象限為一象限其次是二三象限，第四象限通常不推薦。

　　工作在第四象限的區(qū)間內(nèi)，可控硅的損耗達(dá)到最大，而且對(duì)于di/dt的承受應(yīng)力也急劇下降。

　　因此，采用下圖的二三象限工作區(qū)間，既可保證可控硅的良好性能，又能簡(jiǎn)化驅(qū)動(dòng)電路。

　　4.結(jié)論

　　本文所提出的解決全電壓的大功率電源，此電源擁有自動(dòng)倍壓、無(wú)NTC以及超低待機(jī)功耗的特點(diǎn)于一身。為追求環(huán)保的大功率開(kāi)關(guān)電源提出了一種新的設(shè)計(jì)思路，給出了一種新的解決方案，具備較強(qiáng)的實(shí)用性和商用性。