深度解析AC-DC電源設(shè)計(jì)

對(duì)于300W, 12V DC-DC轉(zhuǎn)換器，AHB是一種高效的選擇。由于初級(jí)電流滯后于變壓器的初級(jí)電壓，故可為兩個(gè)初級(jí)MOSFET的ZVS提供必要條件。類(lèi)似于LLC，利用AHB實(shí)現(xiàn)ZVS的能力也取決于對(duì)電路寄生元素的透徹了解，比如變壓器漏電感、匝間電容和分立式器件的結(jié)電容。相比LLC控制中采用的可變頻率控制方法，固定頻率方案可以大大簡(jiǎn)化次級(jí)端自驅(qū)動(dòng)同步整流(SR)的任務(wù)。自驅(qū)動(dòng)SR的柵極驅(qū)動(dòng)電壓很容易由變壓器次級(jí)端推算出來(lái)。增加一個(gè)低端MOSFET驅(qū)動(dòng)器，比如圖2所示的雙路4A FAN3224驅(qū)動(dòng)器，就可以精確給出通過(guò)MOSFST米勒平坦區(qū)的電平轉(zhuǎn)換和高峰值驅(qū)動(dòng)電流。

圖2. FAN3224，利用 倍流整流器實(shí)現(xiàn)自驅(qū)動(dòng)同步整流(SR)。

這種倍流整流器可用于任何雙端電源拓?fù)浜痛驞C電流應(yīng)用，它具有好幾個(gè)突出的特性。首先，其次級(jí)端由一個(gè)簡(jiǎn)單繞組構(gòu)成，可簡(jiǎn)化變壓器結(jié)構(gòu)。其次，由于所需的輸出電感被分配在兩個(gè)電感器上，因大電流流入次級(jí)端而產(chǎn)生的功耗得到更有效的分布。第三，作為占空比(D)的函數(shù)，兩個(gè)電感紋波電流彼此抵消。抵消掉的兩個(gè)電感電流之和擁有兩倍于開(kāi)關(guān)頻率的視在頻率(apparent frequency)，故允許更高的頻率，此外流入輸出電感的峰值電流更低。

加在次級(jí)端整流器上的電壓不對(duì)稱可能是AHB的缺點(diǎn)之一。當(dāng) AHB在其限值D=0.5附近工作時(shí)，加載的SR電壓幾乎可達(dá)到匹配 。然而，更合理的方案是，通過(guò)對(duì)變壓器的匝數(shù)比進(jìn)行設(shè)計(jì)，使D在額定工作期間保持在0.25

調(diào)節(jié)器之后是一個(gè)帶自驅(qū)動(dòng)SR的不對(duì)稱半橋DC-DC轉(zhuǎn)換器，如圖1所示。

表1. 小型AC-DC電源設(shè)計(jì)規(guī)格。

表1中的規(guī)格是對(duì)全部設(shè)計(jì)要求的簡(jiǎn)單小結(jié)。主要設(shè)計(jì)目標(biāo)如下：

1. 在盡可能寬的范圍上獲得最大效率。

2. 實(shí)現(xiàn)盡可能小的設(shè)計(jì)尺寸。

3. 散熱器的使用和尺寸最小化。

在盡可能寬的負(fù)載范圍上獲得最大效率需要對(duì)每一個(gè)功率水平的材料和元件選擇進(jìn)行仔細(xì)考慮，尤其是在磁性設(shè)計(jì)方面。由于交錯(cuò)式BCM PFC的頻率可能高至數(shù)百kHz，且變化多達(dá)10:1，升壓電感必需定制設(shè)計(jì)。采用適當(dāng)?shù)燃?jí)的等效多股絞合線可以盡量減小AC損耗，而AC損耗正是BCM PFC升壓電感中銅損耗