符合80 PLUS銀級或金級能效要求的一體機(jī)電源參考設(shè)計

　　各段拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)選擇及設(shè)計

　　明確了參考設(shè)計的目標(biāo)規(guī)范，就需要分析各個電源所適合采用的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、適合采用什么樣的關(guān)鍵元器件及其理據(jù)，并探討一些相關(guān)設(shè)計要點(diǎn)。完整電路框圖見圖1。

　　(1) PFC。首先可以明確的是，本應(yīng)用的輸入功率大于75 W，故需要功率因數(shù)校正(PFC)。在PFC段有不同的工作模式可供選擇，如連續(xù)導(dǎo)電模式(CCM)、臨界導(dǎo)電模式(CrM)及頻率鉗位臨界導(dǎo)電模式(FCCrM)等。這幾種工作模式中，CCM的主要特征是總是硬開關(guān)、電感值最大及均方根電流最小，典型采用CCM工作模式的PFC控制器有如安森美半導(dǎo)體的NCP1654;CrM模式的均方根電流大，開關(guān)頻率不固定，典型器件如NCP1606;FCCrM均方根電流大，頻率受限，同時PFC線圈電感得以降低，典型器件NCP1605?；谶@三款器件的300W、寬主電壓輸入范圍PFC在100Vrms時的能效測試結(jié)果顯示，F(xiàn)CCrM是能效最高、同時保持合理成本的方案。

　　NCP1605具有一些非常有用的特性，如采用FCCrM工作模式，無損耗高壓電流源用于啟動，軟跳周期技術(shù)用于低能耗待機(jī)模式，支持快速的交流線路/負(fù)載瞬態(tài)補(bǔ)償，提供“pfcOK”信號以提示PFC就緒，VCC范圍為10至20 V，帶輸出欠壓保護(hù)(UVP)和過壓保護(hù)(OVP)以及輸入欠壓(BO)檢測等保持特性等?？偟膩砜?，NCP1605集成了一體機(jī)電源所需的全部特性，因此有助降低系統(tǒng)總成本。除了PFC控制IC，PFC電感選擇也很重要。本參考設(shè)計選擇的是200μH的PFC電感，有利于保持低工作頻率，降低電磁干擾(EMI)。

　　(2) 主開關(guān)電源。就主開關(guān)電源段而言，也有不同的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)可供選擇，如反激、正激、有源鉗位正激(ACF)或半橋雙電感加單電容(HB LLC)。這幾種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)所適合應(yīng)用的功率等級由低到高，其中反激拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)適合較低功率的應(yīng)用，而LLC則最適合于提供高能效。本參考設(shè)計在主開關(guān)電源段選擇半橋LLC拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。這種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)支持在相對較寬的輸入電壓和輸出負(fù)載范圍下工作，而且采用的元器件數(shù)量有限，如諧振儲能元件能部分或全部集成在主變壓器中。此外，這種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中，初級MOSFET在所有負(fù)載條件下都采用在零電壓開關(guān)工作，將導(dǎo)通損耗降至極低，提升能效至最高。次級整流器在所有負(fù)載條件下都采用零電流開關(guān)(ZCS)，沒有反向恢復(fù)損耗。這種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)還應(yīng)用簡單的同步整流(SR)，大幅提升中、高負(fù)載時的能效;實(shí)際上，僅在高于特定功率時使用同步整流來提高能效，需要根據(jù)輸出電流信息在低輸出電流時關(guān)閉同步整流?？偟膩砜?，半橋LLC是高性價比、高能效、容易處理EMI的方案。

　　本參考設(shè)計在半橋LLC段選擇的控制器是NCP1397。該器件支持50 kHz到500 kHz的高頻工作，集成高壓浮動驅(qū)動器，可借導(dǎo)通/關(guān)閉控制來關(guān)閉輸入(跳周期模式)，具有300 μA的低待機(jī)電流。NCP1397用于一體機(jī)的優(yōu)勢包括：不需要驅(qū)動變壓器，滿足一體機(jī)對尺寸的限制;簡單應(yīng)用跳周期模式，適合待機(jī)所需;簡單應(yīng)用過流保護(hù)，幫助降低成本。故NCP1397是LLC電源段的高性價比及可靠的方案。此外，在LLC諧振儲能元件方面，選擇的方案是標(biāo)準(zhǔn)變壓器加外部諧振電感，相關(guān)的參數(shù)包括：變壓器(初級電感Lm = 430mH;漏電感Llk=55mH;初級與次級匝數(shù)比n=17.5;初級與輔助練級匝數(shù)比naux=11.6)、諧振線圈(LS=30mH)、諧振電容(CS=2×12nF)。