一種綠色模式開(kāi)關(guān)電源的研究與設(shè)計(jì)

摘要：提出了一種中小功率綠色模式開(kāi)關(guān)電源設(shè)計(jì)，該電源采用兩級(jí)變換器分別對(duì)輸入電流波形整形和快速調(diào)節(jié)輸出電壓。采用過(guò)渡模式有源功率因數(shù)校正、準(zhǔn)諧振變頻控制功率隔離變換和同步整流等多種先進(jìn)的電源控制技術(shù)以降低電源的總機(jī)損耗，提高系統(tǒng)效率，減少諧波污染。測(cè)試結(jié)果表明該開(kāi)關(guān)電源達(dá)到了綠色設(shè)計(jì)目的，可滿(mǎn)足高性能應(yīng)用的需要。
關(guān)鍵詞：綠色模式；功率因數(shù)校正；總機(jī)功耗；系統(tǒng)效率

0 引言
中小功率開(kāi)關(guān)電源以其諸多優(yōu)良的性能，在測(cè)控儀器儀表、通信設(shè)備、學(xué)習(xí)與娛樂(lè)等諸多電子產(chǎn)品中得到廣泛的應(yīng)用。隨著環(huán)境和能源問(wèn)題日益突出，人們對(duì)電子產(chǎn)品的環(huán)保要求不斷提高，對(duì)電子產(chǎn)品的能源效率更加關(guān)注。設(shè)計(jì)無(wú)污染、低功耗、高效率的綠色模式電源已成為開(kāi)關(guān)電源技術(shù)研究的熱點(diǎn)。
本文研究一種中小功率開(kāi)關(guān)電源，應(yīng)用過(guò)渡模式有源功率因數(shù)校正、準(zhǔn)諧振變頻功率隔離變換控制和同步整流等多種先進(jìn)的電源控制技術(shù)，以實(shí)現(xiàn)綠色開(kāi)關(guān)電源設(shè)計(jì)的目的。

1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與工作原理
所研究的開(kāi)關(guān)電源結(jié)構(gòu)如圖l所示，采用兩級(jí)PFC結(jié)構(gòu)，由PFC預(yù)變換器、隔離變換器和同步整流電路組成的DC／Dc變換器以及檢測(cè)與保護(hù)電路組成。交流電壓經(jīng)整流后先輸入到PFC預(yù)變換器進(jìn)行功率因數(shù)校正變換，再由電源控制電路控制隔離變換器，將直流電壓轉(zhuǎn)換成高頻交流脈沖電壓，此脈沖電壓經(jīng)同步整流器整流、濾波電路濾波后，得到所需的直流。

由于整流電路中二極管等非線(xiàn)性元件的作用，導(dǎo)致輸入的交流電壓雖然是正弦波，但輸入的交流電流波形嚴(yán)重畸變，降低了輸入電路的功率因數(shù)，增加了線(xiàn)路電能損耗，而且還會(huì)產(chǎn)生大量諧波污染電網(wǎng)。解決上述問(wèn)題的關(guān)鍵是改善輸入電流波形。這里采用boost有源功率因數(shù)校正技術(shù)，由boost變換器和以UCC38050為中心的PFC控制電路組成功率因數(shù)校正級(jí)，通過(guò)對(duì)電感電流的控制，在交流輸入端產(chǎn)生一個(gè)跟蹤正弦輸入電壓波形的正弦電流，實(shí)現(xiàn)功率因數(shù)校正，使輸入電路功率因數(shù)接近于l。電流波形校正原理如圖2所示，電感電流波形高頻脈動(dòng)且臨界連續(xù)，通過(guò)相應(yīng)的控制，在半個(gè)工頻周期內(nèi)，使電感中電流的平均值跟隨全波整流電壓基準(zhǔn)值，其包絡(luò)線(xiàn)呈正弦波形，且相位與電壓相同。圖中，iL為電感電流，iA為電感平均電流，ip為電感電流峰值包絡(luò)線(xiàn)。

UCC38050為過(guò)渡模式PFC控制器，功耗低，工作電流僅1．5mA．PWM開(kāi)關(guān)頻率由自激振蕩產(chǎn)生而且頻率可變，不存在Boost二極管反向恢復(fù)過(guò)程，減少了反向恢復(fù)損耗，非常適合于中小功率綠色開(kāi)關(guān)電源設(shè)計(jì)。