一種無APFC的全壓開關電源設計方案

來源：電子技術網(wǎng)  作者：楚俊2013年09月23日 15:37

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[導讀] 相對于傳統(tǒng)線性電源，開關電源擁有體積小、重量輕、效率高等方生俱來的優(yōu)勢。本文針對大功率開關電源提出一種無APFC的低成本全電壓設計方案，該方案使用自動倍壓方式有效減小火牛直流輸入電壓的范圍。低成本、易實現(xiàn)、功能強、節(jié)能環(huán)保的特點，使得該方案具備較強的商用性。

關鍵詞：自動倍壓全壓電源APFC開關電源

　　1.引言

　　相對于傳統(tǒng)線性電源，開關電源擁有體積小、重量輕、效率高等方生俱來的優(yōu)勢。因此近些年，研究開關電源的人越來越多，相應的技術也層出不窮。研究成本低廉、性能可靠、兼容性強的開關電源成為眾多電源設計工程師不斷努力的目標。本文針對大功率開關電源提出一種無APFC的低成本全電壓設計方案，該方案使用自動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)計全世界交流電壓，可以將電壓分為：

　　日本為代表的100V，美國為代表的120V，墨西哥為代表的127V，中國為代表的220V，歐洲多為230V，澳大利亞240V.因此，世界各國電壓分布在100V-127V和220V-240V兩個電壓段。即若能滿足這兩個電壓段要求的開關電源，即可認為是全電壓開關電源。實現(xiàn)全壓的開關電源目前大致可分為：普通無級式、APFC無級式、自動倍壓式。

　　2.1 普通無級式

　　普通無極開關電源在小功率開關電源中應用非常廣泛。在小于300W的小功率段，設計者通常在兼顧結構和成本的前提下，采用100-240V的全段電壓方案。雖然結構簡單，但對功率器件（如：火牛、開關管、整流管）則提出了較高要求。由于在一定范圍器件參數(shù)的提高對于價格并無太大影響，使得在小功率段具備相當?shù)男詢r比的。隨著功率上升，電源對各部分的功率器件提出了新的要求，這個要求在價格上和技術上都有較大的困難。

　　2.2 APFC無級式

　　APFC是主動式PFC，使用專用PFC控制器。

　　電路功率元件由標準的boost電路組成，通過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，使得電流的波形為正弦波。

　　APFC帶來的好處也是顯而易見：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 自動倍壓式

　　鑒于手動操作的種種弊端，以及世界各國電壓規(guī)律，自動倍壓式在手動倍壓式基礎加以改進，實現(xiàn)了低電壓國家輸入電壓的自動切換。自動倍壓開關可以采用繼電器、MOSFET、IGBT、可控硅。由于該設計應用在50-60Hz的工頻條件下，考慮過零要求，以及生產(chǎn)成本。

　　選用可控硅作為開關切換器件?？煽毓柙诔杀旧嫌兄鴺O大的優(yōu)勢，而響應速度又能滿足要求。

　　3.系統(tǒng)結構及原理

　　電源基本指標：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，兼具備低于0.3瓦的超低待機功耗能力。

　　3.1 系統(tǒng)結構

　　整機系統(tǒng)可分為主電源部分用來給功放部分提供電力。輔助電源提供初級控制電路和次級控制電路使用。控制器用來實現(xiàn)自動電壓識別及倍壓功能，同時結合MCU實現(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計成獨立供電方式。在待機模式中輔助電源脫離主電源整流部分，這樣為低待機功耗提供了硬件基礎。

　　3.2 主電源

　　3.2.1 主電源設計

　　主電源采用移相全橋拓撲。全橋電路易于實現(xiàn)大功率的輸出，而移相全橋作為全橋電路的改良版本，在整機效率方面更具備優(yōu)勢。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管開啟之間使得DS端電壓為零，實現(xiàn)零壓開啟。因為實現(xiàn)了MOS管的零壓開啟，降低了驅(qū)動電路以及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關。單向可控硅可斷開整個主電源的供電。當可控硅完全斷開時，整個主電源電路上所有器件均無電流環(huán)路，除去可控硅本身極小的漏電流，主電路無功耗損失。

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本文導航

• 第 1 頁：一種無APFC的全壓開關電源設計方案

• 第 2 頁：倍壓結構和原理

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