AC-DC電源設(shè)計要點(diǎn)剖析

　　圖2.FAN3224，利用 倍流整流器實(shí)現(xiàn)自驅(qū)動同步整流（SR）。

　　這種倍流整流器可用于任何雙端電源拓?fù)浜痛驞C電流應(yīng)用，它具有好幾個突出的特性。首先，其次級端由一個簡單繞組構(gòu)成，可簡化變壓器結(jié)構(gòu)。其次，由于所需的輸出電感被分配在兩個電感器上，因大電流流入次級端而產(chǎn)生的功耗得到更有效的分布。第三，作為占空比（D）的函數(shù)，兩個電感紋波電流彼此抵消。抵消掉的兩個電感電流之和擁有兩倍于開關(guān)頻率的視在頻率（apparent frequency），故允許更高的頻率，此外流入輸出電感的峰值電流更低。

　　加在次級端整流器上的電壓不對稱可能是AHB的缺點(diǎn)之一。當(dāng)AHB在其限值D=0.5附近工作時，加載的SR電壓幾乎可達(dá)到匹配。然而，更合理的方案是，通過對變壓器的匝數(shù)比進(jìn)行設(shè)計，使D在額定工作期間保持在0.25。

　　調(diào)節(jié)器之后是一個帶自驅(qū)動SR的不對稱半橋DC-DC轉(zhuǎn)換器，如圖1所示。

　　表1.小型AC-DC電源設(shè)計規(guī)格

　　表1中的規(guī)格是對全部設(shè)計要求的簡單小結(jié)。主要設(shè)計目標(biāo)如下：

　　1.在盡可能寬的范圍上獲得最大效率。

　　2.實(shí)現(xiàn)盡可能小的設(shè)計尺寸。

　　3.散熱器的使用和尺寸最小化。

在盡可能寬的負(fù)載范圍上獲得最大效率需要對每一個功率水平的材料和元件選擇進(jìn)行仔細(xì)考慮，尤其是在磁性設(shè)計方面。由于交錯式BCM PFC的頻率可能高至數(shù)百kHz，且變化多達(dá)10:1，升壓電感必需定制設(shè)計。采用適當(dāng)?shù)燃壍牡刃Ф喙山g合線可以盡量減小AC損耗，而AC損耗正是BCM PFC升壓電感中銅損耗的主要部分。應(yīng)該采用適合于高頻工作的開氣隙的鐵氧體材料，得的PFC效率如圖3所示。

　　圖3.交錯式BCM PFC 測得的效率 （100%=330W）。

　　對于300W小型 AHB變壓器，一種解決方案是采用兩個水平磁芯結(jié)構(gòu)：初級端繞組串聯(lián)，次級端繞組并聯(lián)。在一個不到20mm的小型元件上設(shè)計橫截面積150mm2的傳統(tǒng)形狀的磁芯是不可能的事情。最后一個重要設(shè)計步驟是把AHB變壓器中的漏電感量控制在允許范圍之內(nèi)。對于ZVS，需要某些特定的漏電感值，對于自驅(qū)動SR，需要調(diào)節(jié)時序延遲。在本設(shè)計中因變壓器產(chǎn)生的有效泄漏被優(yōu)化為7μH，也就是總體有效磁性電感的1.5%。300W AHB DC-DC轉(zhuǎn)換器測得的效率結(jié)果如圖4所示。

　　圖4.AHB 390V to 12V/25A，DC-DC 測得的效率（100%=300W）。

　　滿負(fù)載效率主要由轉(zhuǎn)換器功率水平的傳導(dǎo)