深度解析AC-DC電源設計

圖3. 交錯式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)水平磁芯結構：初級端繞組串聯(lián)，次級端繞組并聯(lián)。在一個(gè)不到20mm的小型元件上設計橫截面積150mm2的傳統形狀的磁芯是不可能的事情。最后一個(gè)重要設計步驟是把AHB變壓器中的漏電感量控制在允許范圍之內。對于ZVS，需要某些特定的漏電感值，對于自驅動(dòng)SR，需要調節時(shí)序延遲。在本設計中因變壓器產(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轉換器測得的效率結果如圖4所示。

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

滿(mǎn)負載效率主要由轉換器功率水平的傳導損耗來(lái)決定，因此，在這些條件下，幾乎沒(méi)有一種控制器有所助益。不過(guò)，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是一款交錯式雙BCM PFC控制器，其利用一個(gè)內部固定最大頻率鉗位來(lái)限制輕載下和AC輸入電壓的過(guò)零點(diǎn)附近的與頻率相關(guān)的Coss MOSFET開(kāi)關(guān)損耗。在A(yíng)C線(xiàn)電壓部分VIN>VOUT/2期間，采用谷底開(kāi)關(guān)技術(shù)來(lái)感測最佳MOSFET導通時(shí)間，進(jìn)一步降低Coss電容性開(kāi)關(guān)損耗。另一方面，當VIN

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

AHB隔離式DC-DC轉換器的實(shí)現方案可采用AHB控制器FSFA2100來(lái)實(shí)現。這種先進(jìn)的集成度讓設計人員利用較少的外部元件即可獲得高達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所需的死區時(shí)間的編程任務(wù)，并把內部驅動(dòng)器與MOSFET之間的柵極驅動(dòng)寄生電感減至最小。SIP功率封裝中的功耗大部分源于內部MOSFET的開(kāi)關(guān)，因此需要一個(gè)小型擠壓式散熱器，尤其是對無(wú)強制空氣冷卻的300W設計。

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