一種高效反激式開(kāi)關(guān)電源的設計與性能測試

由于傳統開(kāi)關(guān)電源存在對電網(wǎng)造成諧波污染以及工作效率低等問(wèn)題，因此目前國內外各類(lèi)開(kāi)關(guān)電源研究機構正努力尋求運用各種高新技術(shù)改善電源性能[1]。其中，在開(kāi)關(guān)電源設計中通過(guò)功率因數校正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[2-3]專(zhuān)題研討了有源功率因數校正（APFC）技術(shù)；參考文獻[4]綜述了單相并聯(lián)式技術(shù)的最新發(fā)展；參考文獻[5-6]分別優(yōu)化設計了帶負載電流反饋、并聯(lián)式PFC芯片的AC/DC變換器和升壓式PFC變換器，但所設計的電源效率及功率因數分別在85%和90%以下，其性能還有待進(jìn)一步提高。

本文設計并制作了一種高效低電磁污染的開(kāi)關(guān)電源樣機。測試結果表明，該電源具有優(yōu)良的動(dòng)態(tài)性能、較高的功率因數和工作效率，且控制簡(jiǎn)單，故具有一定的實(shí)際應用價(jià)值。

1 開(kāi)關(guān)電源設計方案

開(kāi)關(guān)電源的結構如圖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)整流供給功率因數校正電路，采用Boost型PFC來(lái)提高電源的輸入功率因數，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(guò)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，本電源系統設計的關(guān)鍵是在整流濾波器和DC/DC變換器之間加入了功率因數校正電路，使輸入電流受輸入電壓嚴格控制，以實(shí)現更高的功率因數。同時(shí)設計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。選用反激式準諧振DC/DC變換器，既能增強對輸入電壓變化的適應能力，又可以降低工作損耗。

為保證開(kāi)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)保護電路。防止負載本身的過(guò)壓、過(guò)流或短路；(2)軟啟動(dòng)控制電路。它能保證電源穩定、可靠且有序地工作，防止啟動(dòng)時(shí)電壓電流過(guò)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(guò)高及高頻輻射和高次諧波的產(chǎn)生。

2 開(kāi)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(kāi)關(guān)管VT1選用增強型MOSFET。具體控制方案為：從負載側A點(diǎn)反饋取樣，引入雙閉環(huán)電壓串聯(lián)負反饋，以穩定DC/DC變換器的輸入電壓和整個(gè)系統的輸出電壓。