一種高效率AC/DC變換器的實(shí)現(xiàn)方案

提要：本文提出一種高效率AC-DC變換器的實(shí)現(xiàn)思路，對(duì)實(shí)現(xiàn)高效率的各環(huán)節(jié)的效率分析，提出實(shí)現(xiàn)的方案，最后，給出實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。輸入電壓為85V輸出24V的電源效率約為93%。

　　在一般開(kāi)關(guān)電源的設(shè)計(jì)方案中，開(kāi)關(guān)損耗和器件的導(dǎo)通損耗（特別是整流器件的導(dǎo)通損耗）是困擾開(kāi)關(guān)電源設(shè)計(jì)者的一大難題。當(dāng)效率達(dá)到一定程度后，再進(jìn)一步提高效率深感困難，甚至無(wú)從下手。盡管采用了有源箝位、移相零電壓開(kāi)關(guān)、同步整流器等先進(jìn)的，使電源效率得到一些提高，但是所付出的代價(jià)也是很大的。能在用常規(guī)的電路拓?fù)浠A(chǔ)上加以改進(jìn)，得到所希望的高效率，是當(dāng)今電源設(shè)計(jì)的熱點(diǎn)和最經(jīng)濟(jì)的方案。為實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)通常的設(shè)計(jì)手段很難達(dá)到的，欲實(shí)現(xiàn)并超過(guò)這一目標(biāo)必須明確各部分的損耗，并設(shè)法減小甚至消除其中的某些損耗。

　　1 損耗及效率分析

　　開(kāi)關(guān)電源的損耗基本上有以下幾個(gè)構(gòu)成：輸入電路損耗、主開(kāi)關(guān)的導(dǎo)通損耗和開(kāi)關(guān)損耗、控制電路損耗、變壓器損耗、輸出整流器損耗。

　　1.1 輸入電路損耗

　　主要有電源濾波器的寄生電阻上的損耗，通常在輸入功率的百分之零點(diǎn)幾，實(shí)際上幾乎沒(méi)有溫升，故可以忽略不計(jì)；限制浪涌電流的負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻上的損耗，通常不到輸入功率的1％；輸入整流器損耗，約輸入功率的1％。整個(gè)輸入電路損耗約輸入功率的1％-1.5％。以上損耗一般無(wú)法進(jìn)一步減小。
　　1.2 主開(kāi)關(guān)上的損耗

　　主開(kāi)關(guān)上的損耗可分為導(dǎo)通損耗和開(kāi)關(guān)損耗，交流輸入電壓范圍在85V~264V時(shí)，以85V的開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通損耗最高，在264V時(shí)開(kāi)關(guān)損耗最高。在各種電路拓?fù)渲蟹醇な阶儞Q器的開(kāi)關(guān)損耗和導(dǎo)通損耗最高，以盡可能不采用為好。單端正激（包括雙管箝位電路拓?fù)洌┮蚱渥畲笳伎毡炔粫?huì)大于0.7也盡可能不采用為好。惟有橋式（全橋與半橋）和推挽電路拓?fù)溆锌赡軐?shí)現(xiàn)高效率功率變換。但是，欲明顯減小甚至消除開(kāi)關(guān)損耗并且不附加緩沖（諧振）電路，同時(shí)采用簡(jiǎn)單、常規(guī)的PWM控制方式是實(shí)現(xiàn)高效功率變換的目標(biāo)。

　　電源界的一個(gè)不成文的觀點(diǎn)：不穩(wěn)壓的比穩(wěn)壓的效率高、不隔離的比隔離的效率高、窄范圍輸入電壓的比寬范圍輸入的效率高。基于這種觀點(diǎn)，不調(diào)節(jié)的隔離變換器的開(kāi)關(guān)管可以工作在占空比幾乎為50％，變換器在輸出相同功率時(shí)的電流最小，而且自然地形成了零電壓開(kāi)關(guān)，因此效率最高，輸出電壓的穩(wěn)定可以由必不可少的功率因數(shù)校正級(jí)完成，PFC+不調(diào)節(jié)的隔離變換器（DC變壓器）。

　　1.3 變壓器電感的損耗

　　這一損耗約占輸人功率的1~2％。

　　1.4 輸出整流器損耗

　　通常輸出整流器的導(dǎo)通損耗(特別是低電壓輸出時(shí))占整機(jī)損耗的很大比重。在12V以上的輸出電壓需要選用耐壓200V以上的超快速二極管作為輸出整流器，其導(dǎo)通電壓約1.2~1.4V，在輸出分別為12、24、48V時(shí)輸出整流器的效率（不考慮開(kāi)關(guān)損耗）分別為（以導(dǎo)通電壓l.3V計(jì)）：不會(huì)高于90.26％、94.8％、97.6％。以上綜合起來(lái)，采用常規(guī)技術(shù)盡管可以使電源效率達(dá)到或超過(guò)90％，而且，即使在較高的輸出電壓時(shí)，整流器的導(dǎo)通損耗仍然是整機(jī)損耗中幾乎是最大的。如有可能，采用肖特基二極管（導(dǎo)通壓降分別為：0.3V、0.4V、0.7V）則這一級(jí)的效率分別為：96.1％、98.3％、98.5％，則這部分損耗可以降低50％以上。
　　1.5 體積分析

　　由于開(kāi)關(guān)管和輸出整流器需要散熱器，使結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)變得復(fù)雜，開(kāi)關(guān)管和整流器上的損耗減小將減小甚至可以不用散熱器，既簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)有減小體積。