一種高效反激式開關電源的設計與性能測試

由于傳統(tǒng)開關電源存在對電網造成諧波污染以及工作效率低等問題，因此目前國內外各類開關電源研究機構正努力尋求運用各種高新技術改善電源性能[1]。其中，在開關電源設計中通過功率因數校正PFC（Power Factor Correction)技術降低電磁污染及利用同步整流技術提高效率的研發(fā)途徑尤其受到重視。參考文獻[2-3]專題研討了有源功率因數校正（APFC）技術；參考文獻[4]綜述了單相并聯(lián)式技術的最新發(fā)展；參考文獻[5-6]分別優(yōu)化設計了帶負載電流反饋、并聯(lián)式PFC芯片的AC/DC變換器和升壓式PFC變換器，但所設計的電源效率及功率因數分別在85%和90%以下，其性能還有待進一步提高。

本文設計并制作了一種高效低電磁污染的開關電源樣機。測試結果表明，該電源具有優(yōu)良的動態(tài)性能、較高的功率因數和工作效率，且控制簡單，故具有一定的實際應用價值。

1 開關電源設計方案

開關電源的結構如圖1所示，它主要由220V交流電壓整流及濾波電路、功率因數校正電路、DC/DC變換器三大部分組成。

220V交流電經整流供給功率因數校正電路，采用Boost型PFC來提高電源的輸入功率因數，同時降低了諧波電流，從而減小了諧波污染。PFC的輸出為一直流電壓UC，通過DC/DC變換可將該電壓變換成所要求的兩輸出直流電壓Uo1(12V)和Uo2(24V)。

從圖中可以看出，本電源系統(tǒng)設計的關鍵是在整流濾波器和DC/DC變換器之間加入了功率因數校正電路，使輸入電流受輸入電壓嚴格控制，以實現(xiàn)更高的功率因數。同時設計中還采用同步整流技術以減少整流損耗，提高DC/DC變換效率。選用反激式準諧振DC/DC變換器，既能增強對輸入電壓變化的適應能力，又可以降低工作損耗。

為保證開關電源的性能，電源實際制作時還附加了一些電路：(1)保護電路。防止負載本身的過壓、過流或短路；(2)軟啟動控制電路。它能保證電源穩(wěn)定、可靠且有序地工作，防止啟動時電壓電流過沖；(3)浪涌吸收電路。防止因浪涌電壓電流而引起輸出紋波峰-峰值過高及高頻輻射和高次諧波的產生。

2 開關電源主要器件選擇

2.1 APFC芯片及控制方案

電源中功率因數校正電路以Infineon（英飛凌）公司生產的TDA4863芯片為核心，電路如圖2所示。開關管VT1選用增強型MOSFET。具體控制方案為：從負載側A點反饋取樣，引入雙閉環(huán)電壓串聯(lián)負反饋，以穩(wěn)定DC/DC變換器的輸入電壓和整個系統(tǒng)的輸出電壓。