一種綠色模式開關(guān)電源的研究與設(shè)計

摘要：提出了一種中小功率綠色模式開關(guān)電源設(shè)計，該電源采用兩級變換器分別對輸入電流波形整形和快速調(diào)節(jié)輸出電壓。采用過渡模式有源功率因數(shù)校正、準諧振變頻控制功率隔離變換和同步整流等多種先進的電源控制技術(shù)以降低電源的總機損耗，提高系統(tǒng)效率，減少諧波污染。測試結(jié)果表明該開關(guān)電源達到了綠色設(shè)計目的，可滿足高性能應(yīng)用的需要。
關(guān)鍵詞：綠色模式；功率因數(shù)校正；總機功耗；系統(tǒng)效率

0 引言
中小功率開關(guān)電源以其諸多優(yōu)良的性能，在測控儀器儀表、通信設(shè)備、學(xué)習(xí)與娛樂等諸多電子產(chǎn)品中得到廣泛的應(yīng)用。隨著環(huán)境和能源問題日益突出，人們對電子產(chǎn)品的環(huán)保要求不斷提高，對電子產(chǎn)品的能源效率更加關(guān)注。設(shè)計無污染、低功耗、高效率的綠色模式電源已成為開關(guān)電源技術(shù)研究的熱點。
本文研究一種中小功率開關(guān)電源，應(yīng)用過渡模式有源功率因數(shù)校正、準諧振變頻功率隔離變換控制和同步整流等多種先進的電源控制技術(shù)，以實現(xiàn)綠色開關(guān)電源設(shè)計的目的。

1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與工作原理
所研究的開關(guān)電源結(jié)構(gòu)如圖l所示，采用兩級PFC結(jié)構(gòu)，由PFC預(yù)變換器、隔離變換器和同步整流電路組成的DC／Dc變換器以及檢測與保護電路組成。交流電壓經(jīng)整流后先輸入到PFC預(yù)變換器進行功率因數(shù)校正變換，再由電源控制電路控制隔離變換器，將直流電壓轉(zhuǎn)換成高頻交流脈沖電壓，此脈沖電壓經(jīng)同步整流器整流、濾波電路濾波后，得到所需的直流。

由于整流電路中二極管等非線性元件的作用，導(dǎo)致輸入的交流電壓雖然是正弦波，但輸入的交流電流波形嚴重畸變，降低了輸入電路的功率因數(shù)，增加了線路電能損耗，而且還會產(chǎn)生大量諧波污染電網(wǎng)。解決上述問題的關(guān)鍵是改善輸入電流波形。這里采用boost有源功率因數(shù)校正技術(shù)，由boost變換器和以UCC38050為中心的PFC控制電路組成功率因數(shù)校正級，通過對電感電流的控制，在交流輸入端產(chǎn)生一個跟蹤正弦輸入電壓波形的正弦電流，實現(xiàn)功率因數(shù)校正，使輸入電路功率因數(shù)接近于l。電流波形校正原理如圖2所示，電感電流波形高頻脈動且臨界連續(xù)，通過相應(yīng)的控制，在半個工頻周期內(nèi)，使電感中電流的平均值跟隨全波整流電壓基準值，其包絡(luò)線呈正弦波形，且相位與電壓相同。圖中，iL為電感電流，iA為電感平均電流，ip為電感電流峰值包絡(luò)線。

UCC38050為過渡模式PFC控制器，功耗低，工作電流僅1．5mA．PWM開關(guān)頻率由自激振蕩產(chǎn)生而且頻率可變，不存在Boost二極管反向恢復(fù)過程，減少了反向恢復(fù)損耗，非常適合于中小功率綠色開關(guān)電源設(shè)計。