一种无APFC的全压开关电源设计方案

2021-05-29 02:37字体:
  

  相对付古板线性电源,开闭电源具有体积小、重量轻、出力上等方生俱来的上风。所以近些年,琢磨开闭电源的人越来越众,相应的技巧也司空见惯。琢磨本钱低廉、功能牢靠、兼容性强的开闭电源成为稠密电源计划工程师陆续致力的方针。本文针对大功率开闭电源提出一种无APFC的低本钱全电压计划计划,该计划利用主动倍压体例有用减小火牛直流输入电压的局限,从而大大下降电源本钱。

  日本为代外的100V,美邦为代外的120V,墨西哥为代外的127V,中邦为代外的220V,欧洲众为230V,澳大利亚240V.所以,天下各邦电压散布正在100V-127V和220V-240V两个电压段。即若能满意这两个电压段恳求的开闭电源,即可能为是全电压开闭电源。实行全压的开闭电源目前大致可分为:寻常无级式、APFC无级式、主动倍压式。

  寻常无极开闭电源正在小功率开闭电源中运用十分寻常。正在小于300W的小功率段,计划者大凡正在两全布局和本钱的条件下,采用100-240V的全段电压计划。固然布局纯粹,但对功率器件(如:火牛、开闭管、整流管)则提出了较高恳求。因为正在肯定局限器件参数的降低对付价值并无太大影响,使得正在小功率段具备相当的性价比的。跟着功率上升,电源对各一面的功率器件提出了新的恳求,这个恳求正在价值上和技巧上都有较大的繁难。

  电道功率元件由准则的boost电道构成,通过电压和电流的双重反应,个中电压位于外环,而电流位于内环。所以,APFC正在保障输出端恒定电压的同时,使得电流的波形为正弦波。

  APFC带来的好处也是显而易睹:①较大的降低功率因数;②可能兼容输入100-240V全段电压;③EMC方面有很好的改观。亏损之处:

  鉴于手动操作的各种流弊,以及天下各邦电压次序,主动倍压式正在手动倍压式根柢加以改革,实行了低电压邦度输入电压的主动切换。主动倍压开闭可能采用继电器、MOSFET、IGBT、可控硅。因为该计划运用正在50-60Hz的工频要求下,研究过零恳求,以及临盆本钱。

  选用可控硅举动开闭心换器件。可控硅正在本钱上有着极大的上风,而反映速率又能满意恳求。

  电源根本目标:额定输出1200W,峰值功率2400W;输入电压可AC100-127V和220-240V;输出电压为DC160V.编制满意环球电压兼容的同时,兼具备低于0.3瓦的超低待机功耗才力。

  整机编制可分为主电源一面用来给功放一面供应电力。辅助电源供应低级节制电道和次级节制电道利用。节制器用来实行主动电压识别及倍压性能,同时连结MCU实行遥控叫醒编制性能。AC转DC的整流一面,辅助电源与主电源计划成独立供电体例。正在待机形式中辅助电源离开主电源整流一面,如此为低待机功耗供应了硬件根柢。

  主电源采用移相全桥拓扑。全桥电道易于实行大功率的输出,而移相全桥举动全桥电道的刷新版本,正在整机出力方面更具备上风。桥式电道中串入谐振电感,谐振电感与MOS管的寄生输出电容Coss之间谐振。从而正在MOS管开启之间使得DS端电压为零,实行零压开启。由于实行了MOS管的零压开启,下降了驱动电道以及MOS管Qg常数的恳求,使得器件本钱也随之下降。利用双象可控硅举动倍压开闭。单向可控硅可断开一切主电源的供电。当可控硅十足断开时,一切主电源电道上全豹器件均无电流环道,除去可控硅自己极小的走电流,主电道无功耗吃亏。

  倍压体例与手动倍压道理同等,当调换电压处于1、2象限时,电流流向为(血色轨迹):AC+ -》 D1 -》 CAP1 -》 K -》 AC-,电源给给电容CAP1充电,其电压将抵达调换峰值;当调换电压处于3、4象限时,电流流向为(绿色轨迹):AC- -》 K -》 CAP2 -》 D4 -》 AC+.,电源给电容CAP2充电,其电压也将抵达调换峰值。所以,整流后的电压将会双倍于开闭断开形态的电压。

  DC283-DC360V.充足研究器件分压:如电容ESR、开闭管压降、EMI器件压降,可能以为正在重载环境下整流导通约为60度,电压取值可能以为正在:DC245V-DC360V.相对付寻常全压电源电压取值局限(将抵达:DC122- DC360V)有大幅度衰减。

  辅助电源采用反激RCD拓扑。辅助电源为全豹节制电道供应电力,因为举座恳求功耗低于15W,选用反激拓扑布局的集成计划实行。

  无论正在体积和本钱节制均为理念的选取。集成计划中常引入了打嗝形式很容易将功耗节制正在0.3W以内。

  过零逻辑电道、倍压逻辑电道、可控硅驱动电道等构成节制电道。因为利用单向可控硅和双向可控硅相连结可能割断整流后级电道(包括滤波电容),外面上后级电道零功耗。

  连结辅助火牛,整机待机功耗可容易节制正在0.5W以内,满意能源之星的恳求。

  因为没有NTC的阻流用意,节制电道还须实行ZVS节制。倍压节制逻辑和ZVS节制逻辑必需坚持同步。驱动电道则利用光耦举行隔绝驱动,有用避免可控硅驱动电位差异等的题目。

  图2-4中比拟器U1-B可及时监测过零形态,同时为避免众次过零占定,到场R101实现过零逻辑自锁。图2-5和2-6为实测电压和电流波形。

  个中图2-5为利用NTC限流电道,正在电源开启倏得电压和电流波形。图2-6为零压开闭电道,电流获得很好的节制,电流有一个从0

  起头变大的历程。浪涌电流也低于NTC限流电道,浪涌电流获得清楚的节制,且不受开机间隔的节制,可能恣意开闭次数和频率的节制,成果十分清楚。

  主动倍压逻辑先于过零逻辑爆发。图2-4中,比拟器U1-A及时监测输入电压,其输出逻辑与过零逻辑为与的相干。倍压逻辑电道一方面要可能遵循输入电压主动实行倍压操作,同时要可能有用的防守骚扰性波形,惹起编制不需要的举动乃至误垄断的大概。如:当负大幅度摇动时所带来的输入电压的摇动,而这种摇动是正在肯定局限内举动的,是以只需对门限举行设定,便可能允诺肯定局限内的电压摇动。而正在开机历程中必要避免的是电道必要避开电压上升历程带来的倍压误操作和闭机历程中,电压的平常下跌时倍压的误操作。急迅开闭操作历程中,大概存正在的倍压误操作。

  双向可控硅的驱动方面临作事象限较为敏锐。令驱动电压倾向为横轴,电流倾向为纵轴。对付双向可控硅而言,最佳作事象限为一象限其次是二三象限,第四象限大凡不推举。

  作事正在第四象限的区间内,可控硅的损耗抵达最大,况且对付di/dt的秉承应力也快速低浸。

  所以,采用下图的二三象限作事区间,既可保障可控硅的精良功能,又能简化驱动电道。

  此电源具有主动倍压、无NTC以及超低待机功耗的特征于一身。为寻找环保的大功率开闭电源提出了一种新的计划思绪,给出了一种新的处理计划,具备较强的适用性和商用性。

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