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、電壓和電流應力，這主要是輸入電壓和所需功率的函數(shù)。不過，您可選擇有助于減輕這些應力的拓撲。同樣，雖然熱應力是額定功率的函數(shù)，但電源效率也起著重要作用。因此，在追求可靠性的過程中，探索提供高效率的拓撲結(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。第一個標準之一是效率。低散熱性能提高了效率，使系統(tǒng)能夠放棄風扇并使用自然冷卻方法令人滿意地運行。這有助于實現(xiàn)高系統(tǒng)效率和可靠性，同時降低系統(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參考設計中，前端功率因數(shù)校正(PFC)級是交錯式過渡模式升壓拓撲，盡管單級連續(xù)導通模式(CCM)升壓拓撲結(jié)構(gòu)是也是一個可行選擇。拓撲選擇主要是出于器件壓力的考慮;交錯式拓撲，因兩級并聯(lián)工作，將功率元件(升壓電感、開關(guān)金屬氧化物半導體場效應晶體管[MOSFET]和整流二極管)中的電流應力降低了兩倍。圖1所示為兩種拓撲的簡化圖。

實現(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)模式和過載能力，可以滿足更多負載類型和操作條件，而無需復雜的電路和額外成本。

因?qū)☉︼@著降低，過渡模式PFC在降低開關(guān)應力方面具有優(yōu)勢。當輸入電壓低于輸出電壓的一半時，過濾模式下的電壓切換為零;即使輸入電壓較高，電壓切換水平也會顯著降低。在所有條件下，MOSFET和整流器都有零電流開關(guān)(ZCS)。ZCS操作導致整流二極管中的反向恢復幾乎消除，這也有助于減小應力并降低電磁干擾(EMI)。雖然減少EMI不能提供直接的可靠性優(yōu)勢，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電源的可靠性。

即使在特殊的過載條件下，具有過載能力的電源也可以提供足夠的功率而不會發(fā)生故障，從而進一步提高了電源和負載的安全性。

考慮熱應力時，交錯的過渡模式升壓拓撲再次比CCM拓撲更有利。在交錯過渡模式拓撲中，組件在較低溫度下運行;與CCM拓撲相比，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電源可靠性具有相當大的影響，尤其是在沒有強制通風設備的系統(tǒng)中。

有許多選擇，在嘗試在其工作范圍內(nèi)實現(xiàn)電路的高效率時，拓撲和控制器的選擇至關(guān)重要。

此外，交錯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。應該看到紋波電流的降低不僅是對規(guī)格的降額，而且更顯著的是由于功耗降低導致的溫度降低。

轉(zhuǎn)換模式功率因數(shù)校正(PFC)具有降低開關(guān)損耗的優(yōu)點，因為在所有工作條件下金屬氧化物半導體場效應晶體管和整流二極管都存在零電流開關(guān)(ZCS)。ZCS軟開關(guān)可以消除整流二極管的反向恢復。TI的UCC28056 PFC控制器還具有谷值同步開啟功能，可進一步降低開關(guān)損耗。

對于DC/DC級，電感-電感-電容(LLC)拓撲結(jié)構(gòu)是首選，因為它具有降低的開關(guān)應力，盡管它確實會增加電流應力。在略高于諧振頻率的滿載下工作可最大限度地減小電流應力的增加，同時避免由于ZCS關(guān)斷而導致的輸出同步MOSFET體二極管反向恢復。

對于DC / DC級，電感 - 電感 - 電容(LLC)拓撲結(jié)構(gòu)因其軟開關(guān)特性而成為首選; TI UCC256301 LLC控制器還具有提供效率優(yōu)勢的控制技術(shù)。

該設計實現(xiàn)了接近95%的效率，而不會增加太多復雜性。PFC級效率在230 V時高于98%，在115 V時高于96.5%.LLC級的效率高于96.5%。拓撲和組件選擇是影響此性能的因素。另一個需要考慮的重點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載或接近滿載的情況下運行。因此，在廣泛的操作區(qū)域內(nèi)實現(xiàn)良好的效率非常重要。這就是為PFC和LLC功率級選擇控制器變得至關(guān)重要之處。

在研究設計過程中，一定會有這樣活著那樣的問題，這就需要我們的科研工作者在設計過程中不斷總結(jié)經(jīng)驗，這樣才能促進產(chǎn)品的不斷革新。