相對於傳統線性電源，開關電源擁有體積小、重量輕、效率高等方生俱來的優勢。因此近些年
，研究開關電源的人越來越多，相應的技術也層出不窮。研究成本低廉、性能可靠
、兼容性強的開關電源成為眾多電源設計工程師不斷努力的目標。

本文針對大功率開關電源提出一種無APFC的(de)低(di)成(cheng)本(ben)全(quan)電(dian)壓(ya)設(she)計(ji)方(fang)案(an)，該(gai)方(fang)案(an)使(shi)用(yong)自(zi)動(dong)倍(bei)壓(ya)方(fang)式(shi)有(you)效(xiao)減(jian)小(xiao)火(huo)牛(niu)直(zhi)流(liu)輸(shu)入(ru)電(dian)壓(ya)的(de)範(fan)圍(wei)，從(cong)而(er)大(da)大(da)降(jiang)低(di)電(dian)源(yuan)成(cheng)本(ben)。同(tong)時(shi)結(jie)合(he)過(guo)零(ling)檢(jian)測(ce)電(dian)路(lu)
，可(ke)實(shi)現(xian)在(zai)無(wu)NTC-負溫度係數電阻狀態下的零壓零流啟動，有效扼製浪湧電流，提高係統可靠性和耐用性。此外，能滿足“能源之星”的待機功耗要求，增強了技術競爭力的同時，可滿足了節能環保的要求。

全壓電源

統計全世界交流電壓，可以將電壓分為：日本為代表的100V，美國為代表的120V，墨西哥為代表的127V，中國為代表的220V，歐洲多為230V
，澳大利亞240V。因此，世界各國電壓分布在100V-127V和220V-240V兩個電壓段。即若能滿足這兩個電壓段要求的開關電源
，即可認為是全電壓開關電源。實現全壓的開關電源目前大致可分為：普通無級式、APFC無級式、自動倍壓式。

1、普通無級式開關電源

普通無級開關電源在小功率開關電源中應用非常廣泛。在小於300W的小功率段，設計者通常在兼顧結構和成本的前提下
，采用100-240V的全段電壓方案。雖然結構簡單，但對功率器件(如：火牛
、開關管、整流管)則ze提ti出chu了le較jiao高gao要yao求qiu。由you於yu在zai一yi定ding範fan圍wei器qi件jian參can數shu的de提ti高gao對dui於yu價jia格ge並bing無wu太tai大da影ying響xiang

，使shi得de在zai小xiao功gong率lv段duan具ju備bei相xiang當dang的de性xing價jia比bi的de。隨sui著zhe功gong率lv上shang升sheng，電dian源yuan對dui各ge部bu分fen的de功gong率lv器qi件jian提ti出chu了le新xin的de要yao求qiu，這zhe個ge要yao求qiu在zai價jia格ge上shang和he技ji術shu上shang都dou有you較jiao大da的de困kun難nan。

2、APFC無級式開關電源

APFC是主動式PFC，使用專用PFC控製器。

電路功率元件由標準的boost電路組成

，通過電壓和電流的雙重反饋，其中電壓位於外環

，而電流位於內環。因此，APFC在保證輸出端恒定電壓的同時
，使得電流的波形為正弦波。 [page]
APFC無級式開關電源的好處：

①較大的提高功率因數；
②可以兼容輸入100-240V全段電壓；
③EMC方麵有很好的改善。

APFC無級式開關電源不足之處：

①體積和重量有所增大
；
②電源成本大概有百分之五十的上升。

3

、自動倍壓式開關電源

鑒jian於yu手shou動dong操cao作zuo的de種zhong種zhong弊bi端duan，以yi及ji世shi界jie各ge國guo電dian壓ya規gui律lv，自zi動dong倍bei壓ya式shi在zai手shou動dong倍bei壓ya式shi基ji礎chu加jia以yi改gai進jin

，實shi現xian了le低di電dian壓ya國guo家jia輸shu入ru電dian壓ya的de自zi動dong切qie換huan。自zi動dong倍bei壓ya開kai關guan可ke以yi采cai用yong繼ji電dian器qi、MOSFET
、IGBT、可控矽。由於該設計應用在50-60Hz的工頻條件下
，考慮過零要求，以及生產成本。

選用可控矽作為開關切換器件。可控矽在成本上有著極大的優勢
，而響應速度又能滿足要求。

係統結構及原理

電源基本指標：額定輸出1200W
，峰值功率2400W
；輸入電壓可AC100-127V和220-240V
；輸出電壓為DC160V，係統滿足全球電壓兼容的同時，兼具備低於0.3瓦的超低待機功耗能力。

1

、係統結構

zhengjixitongkefenweizhudianyuanbufenyonglaigeigongfangbufentigongdianli。fuzhudianyuantigongchujikongzhidianluhecijikongzhidianlushiyong。kongzhiqiyonglaishixianzidongdianyashibiejibeiyagongneng，tongshijieheMCU實現遙控喚醒係統功能。AC轉DC的(de)整(zheng)流(liu)部(bu)分(fen)
，輔(fu)助(zhu)電(dian)源(yuan)與(yu)主(zhu)電(dian)源(yuan)設(she)計(ji)成(cheng)獨(du)立(li)供(gong)電(dian)方(fang)式(shi)。在(zai)待(dai)機(ji)模(mo)式(shi)中(zhong)輔(fu)助(zhu)電(dian)源(yuan)脫(tuo)離(li)主(zhu)電(dian)源(yuan)整(zheng)流(liu)部(bu)分(fen)，這(zhe)樣(yang)為(wei)低(di)待(dai)機(ji)功(gong)耗(hao)提(ti)供(gong)了(le)硬(ying)件(jian)基(ji)礎(chu)。 [page]
2、主電源

2.1、主電源設計

主(zhu)電(dian)源(yuan)采(cai)用(yong)移(yi)相(xiang)全(quan)橋(qiao)拓(tuo)撲(pu)。全(quan)橋(qiao)電(dian)路(lu)易(yi)於(yu)實(shi)現(xian)大(da)功(gong)率(lv)的(de)輸(shu)出(chu)
，而(er)移(yi)相(xiang)全(quan)橋(qiao)作(zuo)為(wei)全(quan)橋(qiao)電(dian)路(lu)的(de)改(gai)良(liang)版(ban)本(ben)，在(zai)整(zheng)機(ji)效(xiao)率(lv)方(fang)麵(mian)更(geng)具(ju)備(bei)優(you)勢(shi)。橋(qiao)式(shi)電(dian)路(lu)中(zhong)串(chuan)入(ru)諧(xie)振(zhen)電(dian)感(gan)
，諧(xie)振(zhen)電(dian)感(gan)與(yu)MOS管的寄生輸出電容Coss之間諧振。從而在MOS管開啟之間使得DS端電壓為零，實現零壓開啟。因為實現了MOS管的零壓開啟，降低了驅動電路以及MOS管Qgchangshudeyaoqiu
，shideqijianchengbenyesuizhijiangdi。shiyongshuangxiangkekongguizuoweibeiyakaiguan。danxiangkekongguikeduankaizhenggezhudianyuandegongdian。dangkekongguiwanquanduankaishi
，zhenggezhudianyuandianlushangsuoyouqijianjunwudianliuhuanlu，chuqukekongguibenshenjixiaodeloudianliu，zhudianluwugonghaosunshi。
2.2、倍壓結構和原理

倍壓方式與手動倍壓原理一致，當交流電壓處於1、2象限時，電流流向為(紅色軌跡)：AC+->D1->CAP1->K->AC-，電源給給電容CAP1充電
，其電壓將達到交流峰值；當交流電壓處於3、4象限時，電流流向為(綠色軌跡)：AC-->K->CAP2->D4->AC+，電源給電容CAP2充電，其電壓也將達到交流峰值。因此，整流後的電壓將會雙倍於開關斷開狀態的電壓。
AC輸入電壓為AC100V-127V和AC220V-240V
，由公式可知整流輸出後電壓範圍為：
DC283-DC360V充分考慮器件分壓：如電容ESR

、開關管壓降
、EMI器件壓降，可以認為在重載情況下整流導通約為60度，電壓取值可以認為在：DC245V-DC360V，相對於普通全壓電源電壓取值範圍(將達到：DC122-DC360V)有大幅度衰減。

2.3、輔助電源

輔助電源采用反激RCD拓撲。輔助電源為所有控製電路提供電力，由於整體要求功耗低於15W,選用反激拓撲結構的集成方案實現。

無論在體積和成本控製均為理想的選擇。集成方案中常引入了‘打嗝’模式很容易將功耗控製在0.3W以內。
[page]
2.4
、控製電路

過零邏輯電路、倍壓邏輯電路、可控矽驅動電路等組成控製電路。由於使用單向可控矽和雙向可控矽相結合可以切斷整流後級電路(包含濾波電容)，理論上後級電路零功耗。

結合輔助火牛，整機待機功耗可輕易控製在0.5W以內，滿足‘能源之星’的要求。
2.4.1、過零電路

由於沒有NTC的阻流作用
，控製電路還須實現ZVS控製。倍壓控製邏輯和ZVS控製邏輯必須保持同步。驅動電路則使用光耦進行隔離驅動
，有效避免可控矽驅動電位不一致的問題。

圖2-4中比較器U1-B可實時監測過零狀態，同時為避免多次過零判斷，加入R101完成過零邏輯自鎖。圖2-5和2-6為實測電壓和電流波形。

其中圖2-5為使用NTC限流電路，在電源開啟瞬間電壓和電流波形。圖2-6為零壓開關電路，電流得到很好的控製，電流有一個從‘0''''''''''''''''開始變大的過程。浪湧電流也低於NTC限流電路
，浪湧電流得到明顯的控製
，且不受開機間隔的限製，可以任意開關次數和頻率的限製，效果非常明顯。
自動倍壓邏輯先於過零邏輯產生。圖2-4中，比較器U1-A實時監測輸入電壓，其輸出邏輯與過零邏輯為’與‘的(de)關(guan)係(xi)。倍(bei)壓(ya)邏(luo)輯(ji)電(dian)路(lu)一(yi)方(fang)麵(mian)要(yao)能(neng)夠(gou)根(gen)據(ju)輸(shu)入(ru)電(dian)壓(ya)自(zi)動(dong)實(shi)現(xian)倍(bei)壓(ya)操(cao)作(zuo)，同(tong)時(shi)要(yao)能(neng)夠(gou)有(you)效(xiao)的(de)防(fang)止(zhi)幹(gan)擾(rao)性(xing)波(bo)形(xing)，引(yin)起(qi)係(xi)統(tong)不(bu)必(bi)要(yao)的(de)動(dong)作(zuo)甚(shen)至(zhi)誤(wu)操(cao)縱(zong)的(de)可(ke)能(neng)。如(ru)：dangfudafudubodongshisuodailaideshurudianyadebodong，erzhezhongbodongshizaiyidingfanweineihuodongde
，suoyizhixuduimenxianjinxingsheding，biankeyiyunxuyidingfanweineidedianyabodong。erzaikaijiguochengzhongxuyaobimiandeshidianluxuyaobikaidianyashangshengguochengdailaidebeiyawucaozuoheguanjiguochengzhong，dianyadezhengchangxiadieshibeiyadewucaozuo。kuaisukaiguancaozuoguochengzhong，kenengcunzaidebeiyawucaozuo。

2.4.2、可控矽驅動

雙(shuang)向(xiang)可(ke)控(kong)矽(gui)的(de)驅(qu)動(dong)方(fang)麵(mian)對(dui)工(gong)作(zuo)象(xiang)限(xian)較(jiao)為(wei)敏(min)感(gan)。令(ling)驅(qu)動(dong)電(dian)壓(ya)方(fang)向(xiang)為(wei)橫(heng)軸(zhou)
，電(dian)流(liu)方(fang)向(xiang)為(wei)縱(zong)軸(zhou)。對(dui)於(yu)雙(shuang)向(xiang)可(ke)控(kong)矽(gui)而(er)言(yan)，最(zui)佳(jia)工(gong)作(zuo)象(xiang)限(xian)為(wei)一(yi)象(xiang)限(xian)其(qi)次(ci)是(shi)二(er)三(san)象(xiang)限(xian)
，第(di)四(si)象(xiang)限(xian)通(tong)常(chang)不(bu)推(tui)薦(jian)。

工作在第四象限的區間內，可控矽的損耗達到最大
，而且對於di/dt的承受應力也急劇下降。

因此，二三象限工作區間
，既可保證可控矽的良好性能，又能簡化驅動電路。

結論

本文所提出的解決全電壓的大功率電源，此電源擁有自動倍壓、無NTCyijichaodidaijigonghaodetedianyuyishen。weizhuiqiuhuanbaodedagonglvkaiguandianyuantichuleyizhongxindeshejisilu

，geichuleyizhongxindejiejuefangan

，jubeijiaoqiangdeshiyongxingheshangyongxing。

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