一種高效率AC/DC變換器的實現方案

　　2 高效實現方案的思路與分析

　　提高效率可以采用軟開關、同步整流器等技術（電率將復雜化、成本將提高），即使如此，開關管的導通損耗很難進一步減小，常規(guī)技術的功率變換很難做得非常高，整機效率達到90％以上也不是容易的事。而且將來的開關電源必須符合有關功率因數的相關標準，因此一般需要加PFC。因此作者提出一種基于常規(guī)技術使效率超過93％的開關電源的解決方案。并完成樣機及測試。

　　2.1 解決方案的思路

　　在效率方面，非穩(wěn)壓高于穩(wěn)壓、非隔離型高于隔離型、窄電壓范同高于寬電壓范圍，因此高效解決方案可以考慮如下方案：PFC+非穩(wěn)壓半橋變換器+肖特基整流二極管。原理框圖如圖1。這是采用最常規(guī)的技術同時獲得到最高的效率的實現方案。

　　2.2 臨界電流型PFC

　　考慮電磁干擾及二極管的反向恢復造成的損耗等因素，小功率PFC宜采用臨界電流型控制方式，本級可以采用MC33368或KA7524或其它適用于小功率輸出的PFC控制IC。PFC除設置輸出反饋以穩(wěn)定輸出電壓外，設置PFC輸出電壓反饋防止輸出反饋開路。正常工作時，僅輸出反饋起作用，通過調節(jié)PFC輸出電壓穩(wěn)定輸出電壓。

　　當PFC的輸出電壓為400V時，輸出紋波電壓分別為1％、3％所需的濾波電容器約為：1.2μF/W和0.4μF/W，在通常的濾波電容的選擇容量范圍內。因此，經過PFC的預穩(wěn)定的作用，其輸出電壓的穩(wěn)定程度基本符合應用要求，后面的可以僅完成隔離作用即可。
　　2.3 非穩(wěn)壓半橋變換器的零電壓開關

　　由于PFC級具備穩(wěn)壓功能，故隔離級采用非穩(wěn)壓半橋變換器，以盡可能地提高整機效率，主回路如圖2(a)。非穩(wěn)壓半橋變換器的兩開關管分別可以工作在近50％占空比，這時不僅開關管的利用率最高，而且實現了零電壓開關。變換器的最小死區(qū)時間僅受開關管的關斷延遲的限制。當非穩(wěn)壓半橋變換器工作在這種狀態(tài)下，Q2導通期間電流流向如圖2(b)。當Q2由導通變?yōu)殛P斷，變壓器的漏感電流不能躍變，由于Q2的關斷，變壓器的漏感電流分別對Q2、Q3的源/漏寄生電容充/放電，使A點電壓由電源電壓的高電位轉變?yōu)榈碗娢?，使與Q3反并聯的二極管D3導通，提供變壓器的漏感電流通路，形成了事實上的零電壓關斷，如圖2(c)。當變壓器的漏感電流降到零前，使Q3導通（由于死區(qū)時間不到1μs，很容易滿足），使Q3在“零電壓”導通，如圖2(d)。Q3關斷、Q2導通的過程與上述描述相同，不再贅述，從而實現了“零電壓”開關，使開關管的損耗幾乎僅為導通損耗。本文的應用實例中，Q2、Q3選用IRFR320結溫為100℃時的導通電阻為3Ω，滿載時的工作電流約為300mA，導通壓降為lV，占電源電壓的0.25％。這樣半橋的兩個開關管的損耗可以小于整機輸入功率的1％。隔離變壓器由于工作在特定的工作狀態(tài)，因而，其效率也非常高，大約為整機輸入功率的1％。