一種無(wú)APFC的全壓低成本開關(guān)電源設(shè)計(jì)方案

1.引言

相對(duì)于傳統(tǒng)線性電源，開關(guān)電源擁有體積小、重量輕、效率高等方生俱來的優(yōu)勢(shì)。因此近些年，研究開關(guān)電源的人越來越多，相應(yīng)的技術(shù)也層出不窮。研究成本低廉、性能可靠、兼容性強(qiáng)的開關(guān)電源成為眾多電源設(shè)計(jì)工程師不斷努力的目標(biāo)。本文針對(duì)大功率開關(guān)電源提出一種無(wú)APFC的低成本全電壓設(shè)計(jì)方案，該方案使用自動(dòng)倍壓方式有效減小火牛直流輸入電壓的范圍，從而大大降低電源成本。

2.全壓電源

統(tǒng)計(jì)全世界交流電壓，可以將電壓分為：

日本為代表的100V，美國(guó)為代表的120V，墨西哥為代表的127V，中國(guó)為代表的220V,歐洲多為230V,澳大利亞240V。因此，世界各國(guó)電壓分布在100V-127V和220V-240V兩個(gè)電壓段。即若能滿足這兩個(gè)電壓段要求的開關(guān)電源，即可認(rèn)為是全電壓開關(guān)電源。實(shí)現(xiàn)全壓的開關(guān)電源目前大致可分為：普通無(wú)級(jí)式、APFC無(wú)級(jí)式、自動(dòng)倍壓式。

2.1 普通無(wú)級(jí)式

普通無(wú)極開關(guān)電源在小功率開關(guān)電源中應(yīng)用非常廣泛。在小于300W的小功率段，設(shè)計(jì)者通常在兼顧結(jié)構(gòu)和成本的前提下，采用100-240V的全段電壓方案。雖然結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但對(duì)功率器件(如：火牛、開關(guān)管、整流管)則提出了較高要求。由于在一定范圍器件參數(shù)的提高對(duì)于價(jià)格并無(wú)太大影響，使得在小功率段具備相當(dāng)?shù)男詢r(jià)比的。隨著功率上升，電源對(duì)各部分的功率器件提出了新的要求，這個(gè)要求在價(jià)格上和技術(shù)上都有較大的困難。

2.2 APFC無(wú)級(jí)式

APFC是主動(dòng)式PFC，使用專用PFC控制器。

電路功率元件由標(biāo)準(zhǔn)的boost電路組成，通過電壓和電流的雙重反饋，其中電壓位于外環(huán)，而電流位于內(nèi)環(huán)。因此，APFC在保證輸出端恒定電壓的同時(shí)，使得電流的波形為正弦波。

APFC帶來的好處也是顯而易見：①較大的提高功率因數(shù);②可以兼容輸入100-240V全段電壓;③EMC方面有很好的改善。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。

2.3 自動(dòng)倍壓式

鑒于手動(dòng)操作的種種弊端，以及世界各國(guó)電壓規(guī)律，自動(dòng)倍壓式在手動(dòng)倍壓式基礎(chǔ)加以改進(jìn)，實(shí)現(xiàn)了低電壓國(guó)家輸入電壓的自動(dòng)切換。自動(dòng)倍壓開關(guān)可以采用繼電器、MOSFET、IGBT、可控硅。由于該設(shè)計(jì)應(yīng)用在50-60Hz的工頻條件下，考慮過零要求，以及生產(chǎn)成本。

選用可控硅作為開關(guān)切換器件?？煽毓柙诔杀旧嫌兄鴺O大的優(yōu)勢(shì)，而響應(yīng)速度又能滿足要求。

3.系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及原理

電源基本指標(biāo)：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.系統(tǒng)滿足全球電壓兼容的同時(shí)，兼具備低于0.3瓦的超低待機(jī)功耗能力。

3.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

整機(jī)系統(tǒng)可分為主電源部分用來給功放部分提供電力。輔助電源提供初級(jí)控制電路和次級(jí)控制電路使用。控制器用來實(shí)現(xiàn)自動(dòng)電壓識(shí)別及倍壓功能，同時(shí)結(jié)合MCU實(shí)現(xiàn)遙控喚醒系統(tǒng)功能。AC轉(zhuǎn)DC的整流部分，輔助電源與主電源設(shè)計(jì)成獨(dú)立供電方式。在待機(jī)模式中輔助電源脫離主電源整流部分，這樣為低待機(jī)功耗提供了硬件基礎(chǔ)。

3.2 主電源