一種高效反激式開關(guān)電源的設(shè)計(jì)與性能測(cè)試

由于傳統(tǒng)開關(guān)電源存在對(duì)電網(wǎng)造成諧波污染以及工作效率低等問題，因此目前國(guó)內(nèi)外各類開關(guān)電源研究機(jī)構(gòu)正努力尋求運(yùn)用各種高新技術(shù)改善電源性能[1]。其中，在開關(guān)電源設(shè)計(jì)中通過功率因數(shù)校正PFC（Power Factor Correction)技術(shù)降低電磁污染及利用同步整流技術(shù)提高效率的研發(fā)途徑尤其受到重視。參考文獻(xiàn)[2-3]專題研討了有源功率因數(shù)校正（APFC）技術(shù)；參考文獻(xiàn)[4]綜述了單相并聯(lián)式技術(shù)的最新發(fā)展；參考文獻(xiàn)[5-6]分別優(yōu)化設(shè)計(jì)了帶負(fù)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(shè)計(jì)的電源效率及功率因數(shù)分別在85%和90%以下，其性能還有待進(jìn)一步提高。

本文設(shè)計(jì)并制作了一種高效低電磁污染的開關(guān)電源樣機(jī)。測(cè)試結(jié)果表明，該電源具有優(yōu)良的動(dòng)態(tài)性能、較高的功率因數(shù)和工作效率，且控制簡(jiǎn)單，故具有一定的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。

1 開關(guān)電源設(shè)計(jì)方案

開關(guān)電源的結(jié)構(gòu)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(shù)校正電路、DC/DC變換器三大部分組成。

220V交流電經(jīng)整流供給功率因數(shù)校正電路，采用Boost型PFC來提高電源的輸入功率因數(shù)，同時(shí)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(shè)計(jì)的關(guān)鍵是在整流濾波器和DC/DC變換器之間加入了功率因數(shù)校正電路，使輸入電流受輸入電壓嚴(yán)格控制，以實(shí)現(xiàn)更高的功率因數(shù)。同時(shí)設(shè)計(jì)中還采用同步整流技術(shù)以減少整流損耗，提高DC/DC變換效率。選用反激式準(zhǔn)諧振DC/DC變換器，既能增強(qiáng)對(duì)輸入電壓變化的適應(yīng)能力，又可以降低工作損耗。

為保證開關(guān)電源的性能，電源實(shí)際制作時(shí)還附加了一些電路：(1)保護(hù)電路。防止負(fù)載本身的過壓、過流或短路；(2)軟啟動(dòng)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(dòng)時(shí)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(chǎn)生。

2 開關(guān)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(shù)校正電路以Infineon（英飛凌）公司生產(chǎn)的TDA4863芯片為核心，電路如圖2所示。開關(guān)管VT1選用增強(qiáng)型MOSFET。具體控制方案為：從負(fù)載側(cè)A點(diǎn)反饋取樣，引入雙閉環(huán)電壓串聯(lián)負(fù)反饋，以穩(wěn)定DC/DC變換器的輸入電壓和整個(gè)系統(tǒng)的輸出電壓。