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两个高效能电源设计

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minzisc|  楼主 | 2016-1-30 22:07 | 只看该作者 |只看大图 回帖奖励 |倒序浏览 |阅读模式
  为特定应用选择拓扑结构时有几个考虑因素,包括磁环电感输入电压范围是全球通用还是只针对特定地区,输出电压是单一还是多重(电流大小也是重要的条件),效能目标,特别是在不同负载下的效能表现。传统上,在大批量生产电源时多以成本,设计工程师对拓扑结构的熟悉度以及元件是否容易采购为考虑因素,其他因素还包括设计是否容易实
现和设计方式是否在电源产业链中为大家所熟知等。
  较受欢迎的传统设计方式主要为单开关正向、双开关正向和半桥结构,这些结构提供了满足目前需求的稳固解决方案。不过如上所述,新兴的标准需要电源能够达成比先前更高的效能。过去,典型的台式电脑电源可以达到60%~70%的最高效能,但现在则要求电源在额定负载的20%、50%和100%时都能达到最低80%的效能。同时,最近更出现了希望能够在低于20%负载时达到70%或以上效能的趋势,且待机功耗能够持续下降。我们将探讨三种传统拓扑的优缺点,并介绍两种新型的拓扑。
  1 单开关正向
  图1中的这个拓扑相当受到欢迎,主要原因是元件数少且设计要求简单,但对于不同负载电感生产厂家情况的高效能要求却为这个拓扑带来新挑战。在接近满载或满载时,这个拓扑的效能受到50%占空比的限制。而在较轻负载时,开关耗损是造成效能不佳的主要原因。许多较新的设计采用功率因数校正(PFC)前端来降低谐波电流,在400 V的PFC输出电压下,单开关正向方式被迫使用大于900 V的开关,提高了FET的成本。
  
图1 单开关正向拓补
  2 双开关正向
  图2是另一个使用相当普遍的拓扑,它是解决开关电压限制问题的升级版本。这依旧是一个会有高开关耗损的硬开关电路。其所带来的问题是需要使用门极驱动变压器或芯片驱动电路来推动高电压端MOSFET。

  
图2 双开关正向拓补3 半桥
  图3中的半桥变压器是高功率要求的另一个选择。和单开关或双开关正向变压器相反,半桥变压器可以在两个象限工作并降低原边FET的电流。变压器组成结构和输出整流比单一正向拓扑结构复杂,也存在高开关耗损问题。

  
图3 半桥拓补电路结构

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