相對於傳統線性電源，開關電源擁有體積小
、重量輕、效率高等方生俱來的優勢。因此近些年，研究開關電源的人越來越多，相應的技術也層出不窮。研究成本低廉
、性能可靠、兼容性強的開關電源成為眾多電源設計工程師不斷努力的目標。

本文針對大功率開關電源提出一種無APFC的(de)低(di)成(cheng)本(ben)全(quan)電(dian)壓(ya)設(she)計(ji)方(fang)案(an)，該(gai)方(fang)案(an)使(shi)用(yong)自(zi)動(dong)倍(bei)壓(ya)方(fang)式(shi)有(you)效(xiao)減(jian)小(xiao)火(huo)牛(niu)直(zhi)流(liu)輸(shu)入(ru)電(dian)壓(ya)的(de)範(fan)圍(wei)，從(cong)而(er)大(da)大(da)降(jiang)低(di)電(dian)源(yuan)成(cheng)本(ben)。同(tong)時(shi)結(jie)合(he)過(guo)零(ling)檢(jian)測(ce)電(dian)路(lu)，可(ke)實(shi)現(xian)在(zai)無(wu)NTC-負溫度係數電阻狀態下的零壓零流啟動，有效扼製浪湧電流，提高係統可靠性和耐用性。此外
，能滿足“能源之星”的待機功耗要求，增強了技術競爭力的同時
，可滿足了節能環保的要求。

全壓電源

統計全世界交流電壓，可以將電壓分為：日本為代表的100V
，美國為代表的120V
，墨西哥為代表的127V，中國為代表的220V，歐洲多為230V，澳大利亞240V。因此
，世界各國電壓分布在100V-127V和220V-240V兩個電壓段。即若能滿足這兩個電壓段要求的開關電源，即可認為是全電壓開關電源。實現全壓的開關電源目前大致可分為：普通無級式、APFC無級式、自動倍壓式。

1、普通無級式開關電源

普通無級開關電源在小功率開關電源中應用非常廣泛。在小於300W的小功率段，設計者通常在兼顧結構和成本的前提下，采用100-240V的全段電壓方案。雖然結構簡單，但對功率器件(如：火牛
、開關管、整流管)則(ze)提(ti)出(chu)了(le)較(jiao)高(gao)要(yao)求(qiu)。由(you)於(yu)在(zai)一(yi)定(ding)範(fan)圍(wei)器(qi)件(jian)參(can)數(shu)的(de)提(ti)高(gao)對(dui)於(yu)價(jia)格(ge)並(bing)無(wu)太(tai)大(da)影(ying)響(xiang)，使(shi)得(de)在(zai)小(xiao)功(gong)率(lv)段(duan)具(ju)備(bei)相(xiang)當(dang)的(de)性(xing)價(jia)比(bi)的(de)。隨(sui)著(zhe)功(gong)率(lv)上(shang)升(sheng)，電(dian)源(yuan)對(dui)各(ge)部(bu)分(fen)的(de)功(gong)率(lv)器(qi)件(jian)提(ti)出(chu)了(le)新(xin)的(de)要(yao)求(qiu)，這(zhe)個(ge)要(yao)求(qiu)在(zai)價(jia)格(ge)上(shang)和(he)技(ji)術(shu)上(shang)都(dou)有(you)較(jiao)大(da)的(de)困(kun)難(nan)。

2
、APFC無級式開關電源

APFC是主動式PFC，使用專用PFC控製器。

電路功率元件由標準的boost電路組成，通過電壓和電流的雙重反饋，其中電壓位於外環，而電流位於內環。因此，APFC在保證輸出端恒定電壓的同時
，使得電流的波形為正弦波。 [page]
APFC無級式開關電源的好處：

①較大的提高功率因數；
②可以兼容輸入100-240V全段電壓；
③EMC方麵有很好的改善。

APFC無級式開關電源不足之處：

①體積和重量有所增大
；
②電源成本大概有百分之五十的上升。

3、自動倍壓式開關電源

鑒jian於yu手shou動dong操cao作zuo的de種zhong種zhong弊bi端duan，以yi及ji世shi界jie各ge國guo電dian壓ya規gui律lv，自zi動dong倍bei壓ya式shi在zai手shou動dong倍bei壓ya式shi基ji礎chu加jia以yi改gai進jin，實shi現xian了le低di電dian壓ya國guo家jia輸shu入ru電dian壓ya的de自zi動dong切qie換huan。自zi動dong倍bei壓ya開kai關guan可ke以yi采cai用yong繼ji電dian器qi
、MOSFET、IGBT
、可控矽。由於該設計應用在50-60Hz的工頻條件下
，考慮過零要求，以及生產成本。

選用可控矽作為開關切換器件。可控矽在成本上有著極大的優勢，而響應速度又能滿足要求。

係統結構及原理

電源基本指標：額定輸出1200W，峰值功率2400W；輸入電壓可AC100-127V和220-240V；輸出電壓為DC160V，係統滿足全球電壓兼容的同時，兼具備低於0.3瓦的超低待機功耗能力。

1、係統結構

zhengjixitongkefenweizhudianyuanbufenyonglaigeigongfangbufentigongdianli。fuzhudianyuantigongchujikongzhidianluhecijikongzhidianlushiyong。kongzhiqiyonglaishixianzidongdianyashibiejibeiyagongneng，tongshijieheMCU實現遙控喚醒係統功能。AC轉DC的(de)整(zheng)流(liu)部(bu)分(fen)，輔(fu)助(zhu)電(dian)源(yuan)與(yu)主(zhu)電(dian)源(yuan)設(she)計(ji)成(cheng)獨(du)立(li)供(gong)電(dian)方(fang)式(shi)。在(zai)待(dai)機(ji)模(mo)式(shi)中(zhong)輔(fu)助(zhu)電(dian)源(yuan)脫(tuo)離(li)主(zhu)電(dian)源(yuan)整(zheng)流(liu)部(bu)分(fen)，這(zhe)樣(yang)為(wei)低(di)待(dai)機(ji)功(gong)耗(hao)提(ti)供(gong)了(le)硬(ying)件(jian)基(ji)礎(chu)。 [page]
2
、主電源

2.1、主電源設計

zhudianyuancaiyongyixiangquanqiaotuopu。quanqiaodianluyiyushixiandagonglvdeshuchu，eryixiangquanqiaozuoweiquanqiaodianludegailiangbanben

，zaizhengjixiaolvfangmiangengjubeiyoushi。qiaoshidianluzhongchuanruxiezhendiangan，xiezhendianganyuMOS管的寄生輸出電容Coss之間諧振。從而在MOS管開啟之間使得DS端電壓為零，實現零壓開啟。因為實現了MOS管的零壓開啟

，降低了驅動電路以及MOS管Qg常chang數shu的de要yao求qiu，使shi得de器qi件jian成cheng本ben也ye隨sui之zhi降jiang低di。使shi用yong雙shuang象xiang可ke控kong矽gui作zuo為wei倍bei壓ya開kai關guan。單dan向xiang可ke控kong矽gui可ke斷duan開kai整zheng個ge主zhu電dian源yuan的de供gong電dian。當dang可ke控kong矽gui完wan全quan斷duan開kai時shi，整zheng個ge主zhu電dian源yuan電dian路lu上shang所suo有you器qi件jian均jun無wu電dian流liu環huan路lu，除chu去qu可ke控kong矽gui本ben身shen極ji小xiao的de漏lou電dian流liu，主zhu電dian路lu無wu功gong耗hao損sun失shi。
2.2、倍壓結構和原理

倍壓方式與手動倍壓原理一致，當交流電壓處於1
、2象限時，電流流向為(紅色軌跡)：AC+->D1->CAP1->K->AC-
，電源給給電容CAP1充電，其電壓將達到交流峰值；當交流電壓處於3
、4象限時，電流流向為(綠色軌跡)：AC-->K->CAP2->D4->AC+，電源給電容CAP2充電，其電壓也將達到交流峰值。因此，整流後的電壓將會雙倍於開關斷開狀態的電壓。
AC輸入電壓為AC100V-127V和AC220V-240V
，由公式可知整流輸出後電壓範圍為：
DC283-DC360V充分考慮器件分壓：如電容ESR、開關管壓降、EMI器件壓降，可以認為在重載情況下整流導通約為60度
，電壓取值可以認為在：DC245V-DC360V，相對於普通全壓電源電壓取值範圍(將達到：DC122-DC360V)有大幅度衰減。

2.3、輔助電源

輔助電源采用反激RCD拓撲。輔助電源為所有控製電路提供電力，由於整體要求功耗低於15W,選用反激拓撲結構的集成方案實現。

無論在體積和成本控製均為理想的選擇。集成方案中常引入了‘打嗝’模式很容易將功耗控製在0.3W以內。
[page]
2.4、控製電路

過零邏輯電路、倍壓邏輯電路
、可控矽驅動電路等組成控製電路。由於使用單向可控矽和雙向可控矽相結合可以切斷整流後級電路(包含濾波電容)，理論上後級電路零功耗。

結合輔助火牛


，整機待機功耗可輕易控製在0.5W以內，滿足‘能源之星’的要求。
2.4.1
、過零電路

由於沒有NTC的阻流作用

，控製電路還須實現ZVS控製。倍壓控製邏輯和ZVS控製邏輯必須保持同步。驅動電路則使用光耦進行隔離驅動
，有效避免可控矽驅動電位不一致的問題。

圖2-4中比較器U1-B可實時監測過零狀態
，同時為避免多次過零判斷，加入R101完成過零邏輯自鎖。圖2-5和2-6為實測電壓和電流波形。

其中圖2-5為使用NTC限流電路，在電源開啟瞬間電壓和電流波形。圖2-6為零壓開關電路，電流得到很好的控製
，電流有一個從‘0''''''''''''''''開始變大的過程。浪湧電流也低於NTC限流電路，浪湧電流得到明顯的控製
，且不受開機間隔的限製，可以任意開關次數和頻率的限製
，效果非常明顯。
自動倍壓邏輯先於過零邏輯產生。圖2-4中，比較器U1-A實時監測輸入電壓
，其輸出邏輯與過零邏輯為’與‘的de關guan係xi。倍bei壓ya邏luo輯ji電dian路lu一yi方fang麵mian要yao能neng夠gou根gen據ju輸shu入ru電dian壓ya自zi動dong實shi現xian倍bei壓ya操cao作zuo，同tong時shi要yao能neng夠gou有you效xiao的de防fang止zhi幹gan擾rao性xing波bo形xing，引yin起qi係xi統tong不bu必bi要yao的de動dong作zuo甚shen至zhi誤wu操cao縱zong的de可ke能neng。如ru：當dang負fu大da幅fu度du波bo動dong時shi所suo帶dai來lai的de輸shu入ru電dian壓ya的de波bo動dong
，而er這zhe種zhong波bo動dong是shi在zai一yi定ding範fan圍wei內nei活huo動dong的de，所suo以yi隻zhi需xu對dui門men限xian進jin行xing設she定ding
，便bian可ke以yi允yun許xu一yi定ding範fan圍wei內nei的de電dian壓ya波bo動dong。而er在zai開kai機ji過guo程cheng中zhong需xu要yao避bi免mian的de是shi電dian路lu需xu要yao避bi開kai電dian壓ya上shang升sheng過guo程cheng帶dai來lai的de倍bei壓ya誤wu操cao作zuo和he關guan機ji過guo程cheng中zhong，電dian壓ya的de正zheng常chang下xia跌die時shi倍bei壓ya的de誤wu操cao作zuo。快kuai速su開kai關guan操cao作zuo過guo程cheng中zhong
，可ke能neng存cun在zai的de倍bei壓ya誤wu操cao作zuo。

2.4.2
、可控矽驅動

shuangxiangkekongguidequdongfangmianduigongzuoxiangxianjiaoweimingan。lingqudongdianyafangxiangweihengzhou
，dianliufangxiangweizongzhou。duiyushuangxiangkekongguieryan，zuijiagongzuoxiangxianweiyixiangxianqicishiersanxiangxian，disixiangxiantongchangbutuijian。

工作在第四象限的區間內，可控矽的損耗達到最大
，而且對於di/dt的承受應力也急劇下降。

因此，二三象限工作區間，既可保證可控矽的良好性能，又能簡化驅動電路。

結論

本文所提出的解決全電壓的大功率電源，此電源擁有自動倍壓、無NTC以(yi)及(ji)超(chao)低(di)待(dai)機(ji)功(gong)耗(hao)的(de)特(te)點(dian)於(yu)一(yi)身(shen)。為(wei)追(zhui)求(qiu)環(huan)保(bao)的(de)大(da)功(gong)率(lv)開(kai)關(guan)電(dian)源(yuan)提(ti)出(chu)了(le)一(yi)種(zhong)新(xin)的(de)設(she)計(ji)思(si)路(lu)

，給(gei)出(chu)了(le)一(yi)種(zhong)新(xin)的(de)解(jie)決(jue)方(fang)案(an)，具(ju)備(bei)較(jiao)強(qiang)的(de)實(shi)用(yong)性(xing)和(he)商(shang)用(yong)性(xing)。

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