隨著全球多樣化的發(fā)展，我們的生活也在不斷變化著，包括我們接觸的各種各樣的電子產(chǎn)品，那么你一定不知道這些產(chǎn)品的一些組成，比如AC/DC電源。

提高電源可靠性的關(guān)鍵在于降低功率元件的熱、電壓和電流應(yīng)力，這主要是輸入電壓和所需功率的函數(shù)。不過(guò)，您可選擇有助于減輕這些應(yīng)力的拓?fù)?。同樣，雖然熱應(yīng)力是額定功率的函數(shù)，但電源效率也起著重要作用。因此，在追求可靠性的過(guò)程中，探索提供高效率的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和電路元件極其重要。

工業(yè)電源需要在廣泛的工作條件下高效，可靠和靈活。第一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)之一是效率。低散熱性能提高了效率，使系統(tǒng)能夠放棄風(fēng)扇并使用自然冷卻方法令人滿(mǎn)意地運(yùn)行。這有助于實(shí)現(xiàn)高系統(tǒng)效率和可靠性，同時(shí)降低系統(tǒng)成本。

提高工業(yè)AC/DC電源的可靠性

在我們的94.5%效率、500 W工業(yè)AC / DC參考設(shè)計(jì)中，前端功率因數(shù)校正(PFC)級(jí)是交錯(cuò)式過(guò)渡模式升壓拓?fù)?，盡管單級(jí)連續(xù)導(dǎo)通模式(CCM)升壓拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是也是一個(gè)可行選擇。拓?fù)溥x擇主要是出于器件壓力的考慮;交錯(cuò)式拓?fù)?，因兩?jí)并聯(lián)工作，將功率元件(升壓電感、開(kāi)關(guān)金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管[MOSFET]和整流二極管)中的電流應(yīng)力降低了兩倍。圖1所示為兩種拓?fù)涞暮?jiǎn)化圖。

實(shí)現(xiàn)可靠性和靈活性的其他因素是寬輸出范圍，具有恒定電流(CC)/恒定電壓(CV)模式和過(guò)載能力，可以滿(mǎn)足更多負(fù)載類(lèi)型和操作條件，而無(wú)需復(fù)雜的電路和額外成本。

因?qū)☉?yīng)力顯著降低，過(guò)渡模式PFC在降低開(kāi)關(guān)應(yīng)力方面具有優(yōu)勢(shì)。當(dāng)輸入電壓低于輸出電壓的一半時(shí)，過(guò)濾模式下的電壓切換為零;即使輸入電壓較高，電壓切換水平也會(huì)顯著降低。在所有條件下，MOSFET和整流器都有零電流開(kāi)關(guān)(ZCS)。ZCS操作導(dǎo)致整流二極管中的反向恢復(fù)幾乎消除，這也有助于減小應(yīng)力并降低電磁干擾(EMI)。雖然減少EMI不能提供直接的可靠性?xún)?yōu)勢(shì)，但EMI濾波器元件數(shù)量的減少以及敏感電路段噪聲拾取的可能性降低可間接地有助于提高整個(gè)電源的可靠性。

即使在特殊的過(guò)載條件下，具有過(guò)載能力的電源也可以提供足夠的功率而不會(huì)發(fā)生故障，從而進(jìn)一步提高了電源和負(fù)載的安全性。

考慮熱應(yīng)力時(shí)，交錯(cuò)的過(guò)渡模式升壓拓?fù)湓俅伪菴CM拓?fù)涓欣?。在交錯(cuò)過(guò)渡模式拓?fù)渲?，組件在較低溫度下運(yùn)行;與CCM拓?fù)湎啾?，更多組件共享幾乎相同的功率損耗。在溫度降低條件下操作對(duì)電源可靠性具有相當(dāng)大的影響，尤其是在沒(méi)有強(qiáng)制通風(fēng)設(shè)備的系統(tǒng)中。

有許多選擇，在嘗試在其工作范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)電路的高效率時(shí)，拓?fù)浜涂刂破鞯倪x擇至關(guān)重要。

此外，交錯(cuò)操作大大降低了輸入和輸出電容器中的紋波電流。這是一個(gè)重要的考慮因素，特別是鋁電解型輸出電容器，它是決定整體電源可靠性的最薄弱環(huán)節(jié)之一。在PFC應(yīng)用中，紋波電流是決定輸出電容器壽命(由于尺寸、成本和可用性原因而電壓額定值被限制為450V/500 V)的最重要因素。應(yīng)該看到紋波電流的降低不僅是對(duì)規(guī)格的降額，而且更顯著的是由于功耗降低導(dǎo)致的溫度降低。

轉(zhuǎn)換模式功率因數(shù)校正(PFC)具有降低開(kāi)關(guān)損耗的優(yōu)點(diǎn)，因?yàn)樵谒泄ぷ鳁l件下金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管和整流二極管都存在零電流開(kāi)關(guān)(ZCS)。ZCS軟開(kāi)關(guān)可以消除整流二極管的反向恢復(fù)。TI的UCC28056 PFC控制器還具有谷值同步開(kāi)啟功能，可進(jìn)一步降低開(kāi)關(guān)損耗。

對(duì)于DC/DC級(jí)，電感-電感-電容(LLC)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是首選，因?yàn)樗哂薪档偷拈_(kāi)關(guān)應(yīng)力，盡管它確實(shí)會(huì)增加電流應(yīng)力。在略高于諧振頻率的滿(mǎn)載下工作可最大限度地減小電流應(yīng)力的增加，同時(shí)避免由于ZCS關(guān)斷而導(dǎo)致的輸出同步MOSFET體二極管反向恢復(fù)。

對(duì)于DC / DC級(jí)，電感 - 電感 - 電容(LLC)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)因其軟開(kāi)關(guān)特性而成為首選; TI UCC256301 LLC控制器還具有提供效率優(yōu)勢(shì)的控制技術(shù)。

該設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了接近95%的效率，而不會(huì)增加太多復(fù)雜性。PFC級(jí)效率在230 V時(shí)高于98%，在115 V時(shí)高于96.5%.LLC級(jí)的效率高于96.5%。拓?fù)浜徒M件選擇是影響此性能的因素。另一個(gè)需要考慮的重點(diǎn)是電路在其工作范圍內(nèi)的效率：在其使用壽命期間，它可能并不總是在滿(mǎn)載或接近滿(mǎn)載的情況下運(yùn)行。因此，在廣泛的操作區(qū)域內(nèi)實(shí)現(xiàn)良好的效率非常重要。這就是為PFC和LLC功率級(jí)選擇控制器變得至關(guān)重要之處。

在研究設(shè)計(jì)過(guò)程中，一定會(huì)有這樣活著那樣的問(wèn)題，這就需要我們的科研工作者在設(shè)計(jì)過(guò)程中不斷總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，這樣才能促進(jìn)產(chǎn)品的不斷革新。