高功率因數(shù)低空載損耗AC/DC電源的研究

3 參數(shù)設(shè)計(jì)

90W帶功率因數(shù)校正的電源適配器主電路圖參見(jiàn)圖3，其主要電路參數(shù)如下：輸入電壓AC88～265V，頻率50Hz；輸出電壓DC12V，輸出最大功率90W，開(kāi)關(guān)頻率65kHz；輕載時(shí)開(kāi)關(guān)頻率20kHz，PFC停止工作。

1）諧振電阻、電容的設(shè)計(jì)

根據(jù)開(kāi)關(guān)工作頻率的設(shè)計(jì)，可以確定諧振電阻RA、RB，與諧振電容CT的值。開(kāi)關(guān)頻率fosc=65kHz，輕載時(shí)開(kāi)關(guān)頻率fSB=20kHz。

fSB= （1）

fosc= （2）

式中：RA∥RB=

KT=

由式（1）、（2）可取RA=20kΩ，RB=10kΩ，CT=3.3nF。

2）反激變壓器的設(shè)計(jì)

變壓器的設(shè)計(jì)在減小功率損耗方面起著極為重要的作用。為減小變壓器的漏感，采取“三明治”繞法。即先繞原邊匝數(shù)的一半，再繞副邊，最后再繞另一半原邊，這樣可以減少50％的漏感。

由于正常工作時(shí)的輸出功率為90W，設(shè)計(jì)高頻工作的最小輸入功率PinSB=30W（即當(dāng)輸入功率小于30W時(shí)開(kāi)關(guān)頻率由65kHz變到20kHz），檢測(cè)電阻Rs=0.28Ω，已知輸出電壓Vo=12V，開(kāi)關(guān)工作頻率fAosc=65kHz，這樣就可以通過(guò)式（3）求得變壓器的原邊電感Lp=540μH。

PinSB=Lpfosc （3）

設(shè)原邊電感工作在斷續(xù)導(dǎo)電模式（DCM）下，則可得通過(guò)電感的峰值電流Ippk為

Ippk==2.46A （4）

式中：Pin=Po/η，Po=90W，取η=0.85。

正常情況下開(kāi)關(guān)的導(dǎo)通時(shí)間

ton= （5）

關(guān)斷時(shí)間 toff= （6）

由于電感工作在DCM模式下，就要求

toff＋ton （7）

取占空比D==0.2，輸出二極管壓降VF=0.7V，從而可得變壓器原副邊的匝比n=10。

另外，由于漏感的存在，變壓器原邊的能量不能完全傳送到輸出端，當(dāng)開(kāi)關(guān)斷開(kāi)時(shí)，為了釋放儲(chǔ)存在漏感中的能量，需要加一個(gè)RCD鉗位電路。

3）功率半導(dǎo)體器件的設(shè)計(jì)

由于反激變壓器存在一定的漏感，可能會(huì)引起一定的尖峰電壓，另外考慮到PFC輸出電壓可能會(huì)有所波動(dòng)，選取耐壓800V以上的開(kāi)關(guān)管；根據(jù)最大輸出功率及最小的占空比，開(kāi)關(guān)的導(dǎo)通電流最大值為2.46A。這樣就可以選擇STP6NC90Z，它的耐壓值為900V，最大導(dǎo)通電流是5.8A。

在PFC輸出電壓達(dá)到最大允許值時(shí)，輸出整流二極管的最大反向電壓將達(dá)到55V左右，為留一定的余量，取反向耐壓100V的二極管，同時(shí)流過(guò)整流二極管的最大電流7.5A。因此可以選擇STPS10H100CT,它的耐壓為100V，最大允許電流是10A。

4）其它

為了達(dá)到要求的偏差值，反饋電路通過(guò)采用光耦PC817調(diào)整輸出電壓。為了減小高頻輸出紋波，在輸出電壓的末端加入一個(gè)小的電感電容濾波。

4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

以L5991A為主設(shè)計(jì)的帶有PFC的AC/DC電源適配器，最主要的優(yōu)點(diǎn)是負(fù)載減輕時(shí)開(kāi)關(guān)頻率從高頻自動(dòng)降到低頻，并且關(guān)斷了前面PFC級(jí)的工作，從而在很大程度上減小了電路損耗，達(dá)到了輕載低損的效果。圖4（a）、（b）表示輸出功率從90W變到10W和從10W變到90W時(shí)L5991A的腳16和腳2的波形。從圖中可以看到當(dāng)負(fù)載變化時(shí)，腳16電平的突變及腳2諧振頻率的突變狀況。圖5（a）、（b）表示輸出功率從90W變到10W和從10W變到90W時(shí)L5991A的腳16和開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)波形的變化。從圖中可以看到開(kāi)關(guān)在正常工作時(shí)的頻率約為65kHz，在輕載時(shí)的頻率約為20kHz。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明在空載運(yùn)行時(shí)整個(gè)電路消耗的功率低于1W。