深度解析AC-DC電源設(shè)計(jì)

圖3. 交錯(cuò)式BCM PFC 測得的效率 (100%=330W)。

對于300W小型 AHB變壓器，一種解決方案是采用兩個(gè)水平磁芯結(jié)構(gòu)：初級(jí)端繞組串聯(lián)，次級(jí)端繞組并聯(lián)。在一個(gè)不到20mm的小型元件上設(shè)計(jì)橫截面積150mm2的傳統(tǒng)形狀的磁芯是不可能的事情。最后一個(gè)重要設(shè)計(jì)步驟是把AHB變壓器中的漏電感量控制在允許范圍之內(nèi)。對于ZVS，需要某些特定的漏電感值，對于自驅(qū)動(dòng)SR，需要調(diào)節(jié)時(shí)序延遲。在本設(shè)計(jì)中因變壓器產(chǎn)生的有效泄漏被優(yōu)化為7μH，也就是總體有效磁性電感的1.5%。300W AHB DC-DC轉(zhuǎn)換器測得的效率結(jié)果如圖4所示。

圖4. AHB 390V to 12V/25A，DC-DC 測得的效率(100%=300W)。

滿負(fù)載效率主要由轉(zhuǎn)換器功率水平的傳導(dǎo)損耗來決定，因此，在這些條件下，幾乎沒有一種控制器有所助益。不過，要保持較高的輕載效率，倒有好幾種控制器技術(shù)可供考慮。FAN9612是一款交錯(cuò)式雙BCM PFC控制器，其利用一個(gè)內(nèi)部固定最大頻率鉗位來限制輕載下和AC輸入電壓的過零點(diǎn)附近的與頻率相關(guān)的Coss MOSFET開關(guān)損耗。在AC線電壓部分VIN>VOUT/2期間，采用谷底開關(guān)技術(shù)來感測最佳MOSFET導(dǎo)通時(shí)間，進(jìn)一步降低Coss電容性開關(guān)損耗。另一方面，當(dāng)VIN

圖5. PFC 相位管理 (1→2, 19%=64W ;2→1, 12%=42W)。

AHB隔離式DC-DC轉(zhuǎn)換器的實(shí)現(xiàn)方案可采用AHB控制器FSFA2100來實(shí)現(xiàn)。這種先進(jìn)的集成度讓設(shè)計(jì)人員利用較少的外部元件即可獲得高達(dá)420W的極高效率。把這三大關(guān)鍵功能整合在單個(gè)封裝中，可避免對ZVS所需的死區(qū)時(shí)間的編程任務(wù)，并把內(nèi)部驅(qū)動(dòng)器與MOSFET之間的柵極驅(qū)動(dòng)寄生電感減至最小。SIP功率封裝中的功耗大部分源于內(nèi)部MOSFET的開關(guān)，因此需要一個(gè)小型擠壓式散熱器，尤其是對無強(qiáng)制空氣冷卻的300W設(shè)計(jì)。

總的AC-DC 系統(tǒng)包括輸入EMI濾波器、橋式整流器、交錯(cuò)式BCM PFC 和 AHB DC-DC，它獲得的總體效率如圖6所示。在Vin=120VAC時(shí)，該設(shè)計(jì)峰值效率為91%;Vin=230VAC 時(shí)為92% ;Vin=120VAC 或 230VAC ，以及POUT>38% (114W)時(shí)，大于90%。