1、AC-DC常用拓?fù)浣榻B 歡迎大家批評(píng)指正 BMP/CP測(cè)試室AC-DC常用拓?fù)浣榻B PFC常用拓?fù)?DC/DC主電路常用拓?fù)銹FC常用拓?fù)?PF=有功功率/視在功率=I1COS/Itotal。 單相APFC應(yīng)用最為廣泛的拓?fù)錇锽OOST。 主要實(shí)現(xiàn)兩個(gè)功能：1、功率因數(shù)的校正（一般大于90%）；2、在輸入電壓大范圍變化時(shí)（90264V） ，保持輸出母線(xiàn)的穩(wěn)定（一般為390V）。 我司常用的拓?fù)錇榉逯惦娏餍虳CM/CCM臨界連續(xù)和平均電流型CCM兩種。DCM/CCM 拓?fù)湓韴DDCM/CCM拓?fù)洳ㄐ螆DDCM/CCM的基本實(shí)現(xiàn)思想（1） 基本實(shí)現(xiàn)思想是峰值電流控制和零電流檢測(cè)。 檢測(cè)電感電流，與基

2、準(zhǔn)相比較，當(dāng)電流達(dá)到正弦基準(zhǔn)電流（為輸入電壓信號(hào)與電壓環(huán)誤差放大器輸出的乘積） 時(shí)，產(chǎn)生一個(gè)關(guān)斷MOSFET信號(hào)，隨之電感電流下降；當(dāng)電路檢測(cè)到電感電流過(guò)零時(shí)，產(chǎn)生一個(gè)開(kāi)通MOSEFT信號(hào)，從而保持電感電流始終工作于連續(xù)和斷續(xù)的臨界狀態(tài)。 DCM/CCM的基本實(shí)現(xiàn)思想（2） MC33368內(nèi)部控制示意圖。DCM/CCM的基本實(shí)現(xiàn)思想（3） 由于電壓誤差放大器的增益帶寬為10-20Hz，遠(yuǎn)小于輸入全波整流電壓的頻率100Hz，且輸出母線(xiàn)基本穩(wěn)定，所以電壓誤差放大器的輸出Ve基本恒定。這樣，Ve與輸入全波整流電壓Vac相乘所得的電流基準(zhǔn)信號(hào)Iref就是一個(gè)與Vac 相似的正弦信號(hào)。因此電感電流的峰

3、值跟隨Iref即Vac變化，當(dāng)處于臨界狀態(tài)時(shí)，電感電流的平均值就是一個(gè)與Vac 相似的正弦電流。在交流輸入端接入一個(gè)差模電感L101，通過(guò)L101和C119將PFC電感的峰值電流濾為平均值，就可在輸入端實(shí)現(xiàn)功率因數(shù)校正。 DCM/CCM的優(yōu)缺點(diǎn) 優(yōu)點(diǎn)：因?yàn)?00V以上的快恢復(fù)二極管存在反向恢復(fù)，會(huì)帶來(lái)二極管電壓應(yīng)力、MOS開(kāi)通損耗、EMC等一系列問(wèn)題。DCM/CCM使二級(jí)管的電流過(guò)零關(guān)斷，可消除其反向恢復(fù)損耗和寄生振蕩。 主要缺點(diǎn)：電流不連續(xù)意味著輸入電流脈動(dòng)大、電流有效值大，電感、MOS導(dǎo)通損耗增加。變頻控制意味著電感、EMC設(shè)計(jì)難度加大。DCM/CCM的實(shí)際考慮 1、峰值檢測(cè)關(guān)斷容易引入干

4、擾。為了克服功率管開(kāi)通時(shí)的電流檢測(cè)信號(hào)噪聲，芯片一般帶有Leading Edge Blanking功能，防止超過(guò)峰值電流基準(zhǔn)而導(dǎo)致功率管誤關(guān)斷。但是LEB引入又會(huì)帶來(lái)最小導(dǎo)通時(shí)間（1uS以上）的問(wèn)題。2、 ZCD的檢測(cè)通常是通過(guò)電感兩端電壓小于某個(gè)值而實(shí)現(xiàn)的，在高壓輸入（大于280V）的峰值處，很容易滿(mǎn)足該條件，導(dǎo)致開(kāi)關(guān)管關(guān)斷后立即導(dǎo)通。引起電感激磁不平衡，電感電流連續(xù)甚至電感飽和，電感峰值電流過(guò)大的問(wèn)題。平均電流控制的CCM拓?fù)湓韴D平均電流控制的CCM拓?fù)洳ㄐ螆D 平均電流控制CCM的基本實(shí)現(xiàn)思想（1） 基本實(shí)現(xiàn)思想是電壓外環(huán)、電流內(nèi)環(huán)的雙環(huán)控制。它用電流誤差放大器替代前面討論的峰值控制中的

5、電流比較器，形成電流內(nèi)環(huán)。通過(guò)誤差放大器，輸入電流的高頻分量被平均化處理，平均電流誤差信號(hào)與鋸齒波比較后形成控制開(kāi)關(guān)通斷的PWM信號(hào)。 電流內(nèi)環(huán)的基準(zhǔn)除了輸出電壓誤差放大信號(hào)與輸入整流電壓信號(hào)的乘積以外，還需要除去輸入電壓全波整流后的有效值平方。電壓前饋的目的是為了提高控制系統(tǒng)對(duì)輸入電壓變化的動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度，對(duì)于寬輸入電壓范圍和輸入波動(dòng)較大的應(yīng)用場(chǎng)合很有必要。平均電流控制CCM的基本實(shí)現(xiàn)思想（2） 3854的內(nèi)部控制示意圖。平均電流控制CCM的優(yōu)缺點(diǎn) 優(yōu)點(diǎn)：1、相應(yīng)峰值控制而言，輸入電流峰值和有效值??；2、抗干擾的能力強(qiáng)；3、定頻控制。 缺點(diǎn)：1、相應(yīng)峰值電流控制，多了電流內(nèi)環(huán)的設(shè)計(jì)。需要在穩(wěn)定

6、性裕量和PF值之間折中。 2、二極管的反向恢復(fù)。以前解決該問(wèn)題有很多想法和思路，一般都會(huì)帶來(lái)器件增加和控制復(fù)雜。目前，高壓快恢復(fù)二極管的發(fā)展，特別是SIC工藝的出現(xiàn)，可能會(huì)使這一主要缺點(diǎn)自然得到改善。平均電流控制CCM的實(shí)際考慮 1、高溫下，二極管的應(yīng)力會(huì)隨著反向恢復(fù)電流的增加而急劇增大。測(cè)試必須考慮高溫帶來(lái)的影響。 2、輸入電壓前饋需要二級(jí)濾波才到除法器。在輸入電壓大范圍波動(dòng)時(shí)（比如90264VAC），前饋?zhàn)饔么嬖跍笮?yīng)，PFC母線(xiàn)電壓會(huì)跟隨輸入電壓而變化，導(dǎo)致輸出跌落或過(guò)沖。AC-DC常用拓?fù)浣榻B PFC常用拓?fù)?DC/DC主電路常用拓?fù)銬C-DC主電路常用拓?fù)?反激 單正激 雙正激拓?fù)?/p>

7、 對(duì)稱(chēng)半橋拓?fù)?推挽拓?fù)?移相全橋拓?fù)浞醇る娐返幕拘问絻?yōu)點(diǎn)：電路簡(jiǎn)單，不需要濾波電感。容易實(shí)現(xiàn)多路輸出。輸入電壓范圍寬。適用于輸出電流較小的場(chǎng)合，比如AC-DC的輔助電源。缺點(diǎn)：紋波電流較大，需要較大的濾波電容。能量大部分儲(chǔ)存在氣隙，功率較大時(shí)不適合。反激電路的基本波形CCM：根據(jù)伏秒積平衡，有Vin*Ton=n*Vo*Toff。得到：Vo=Vin*D*/n*（1-D）。DCM：根據(jù)能量關(guān)系有Vo2*T/R=1/2*Lm*（Vin*Ton/Lm）2，可得到： 。 反激電路的實(shí)際考慮（1）1、能量大部分存儲(chǔ)在氣隙，應(yīng)用受到限制，假設(shè)氣隙和磁芯中磁通的截面積一樣，則：磁芯中的能量為： 氣隙中的能

8、量為：202eecrB L AE 202gegB L AE現(xiàn)有一相對(duì)磁導(dǎo)率為2000，氣隙長(zhǎng)度為1mm,磁路長(zhǎng)度為100mm的反激變壓器，可得：12010020001ergcgLLEE磁芯存儲(chǔ)能量氣隙存儲(chǔ)能量為了增加傳遞能量，可以增大氣隙，但是氣隙的增大，在其它條件不變的情況下初級(jí)勵(lì)磁電感減小，漏感所占的比例加大，原邊峰值電流增加，漏感損耗和開(kāi)關(guān)應(yīng)力都大幅提高。反激電路的實(shí)際考慮（2）2、需要死負(fù)載：即使CCM的反激電路，在負(fù)載很小時(shí)也會(huì)進(jìn)入DCM模式。從DCM的輸出關(guān)系式可以看到D與負(fù)載有關(guān)系，輕載時(shí)R值很大，所以只需要很小的D（此時(shí)如 果 次 級(jí) 采 用二極管整流，則會(huì)出現(xiàn) “丟波” ）。

9、完全空載，R無(wú)窮大，磁場(chǎng)能量無(wú)瀉放通路，理論上輸出也為無(wú)窮大。模塊炸機(jī)。 DC-DC主電路常用拓?fù)?反激 單正激 雙正激拓?fù)?對(duì)稱(chēng)半橋拓?fù)?推挽拓?fù)?移相全橋拓?fù)鋯握ね負(fù)涞幕倦娐稸inVout213123123462 1 3 4 57 8 910NVinDVout*單正激電路的優(yōu)缺點(diǎn) 優(yōu)點(diǎn)：電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，元器件數(shù)量少；工作可靠性高；成本低； 功率從小到大都可以用，適用功率范圍寬；動(dòng)態(tài)性能好。 缺點(diǎn)：1、在400V母線(xiàn)場(chǎng)合，考慮到PFC紋波電壓，主開(kāi)關(guān)管的Vds原則上需要選擇900V以上，因此，在AC-DC產(chǎn)品中應(yīng)用較少。在DC-DC輸入的場(chǎng)合，比較合適。 2、大部分的單正激電路，變壓器為單

10、邊勵(lì)磁，即使是雙向磁化也不是很對(duì)稱(chēng)，原則上需要按單邊勵(lì)磁來(lái)設(shè)計(jì)，變壓器的利用效率較低。單正激電路的分類(lèi) 按去磁方式可以分為四大類(lèi)：第三繞組，RCD，電容諧振，有源鉗位。電路形式變壓器工作狀態(tài)三繞組去磁單向磁化RCD去磁單向磁化電容諧振去磁雙向磁化有源鉗位去磁雙向磁化第三繞組去磁的單正激電路優(yōu)點(diǎn)：控制簡(jiǎn)單，可靠性高缺點(diǎn)：占空比小于0.5（NcNp），變壓器加工復(fù)雜。RCD去磁的單正激電路優(yōu)點(diǎn)：最大占空比可以大于0.5。缺點(diǎn)：R損耗較大，只能用于對(duì)效率要求不高的小功率場(chǎng)合。電容諧振去磁的單正激電路優(yōu)點(diǎn)：最大占空比可以大于0.5。電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，電容可利用開(kāi)關(guān)管的寄生電容實(shí)現(xiàn)。缺點(diǎn)：采用該電路一般都會(huì)

11、將芯片的最大占空比設(shè)計(jì)在0.7左右。而輸入電壓高限時(shí)，正常工作占空比很小，但是在短路、開(kāi)機(jī)等異常情況下，由于占空比可以達(dá)到0.7而使應(yīng)力超標(biāo)。有源去磁的單正激電路優(yōu)點(diǎn)：最大占空比可以大于0.5。如果副邊采用MOS同步整流，可以實(shí)現(xiàn)變壓器自驅(qū)。缺點(diǎn)：輔管的控制驅(qū)動(dòng)比較復(fù)雜。環(huán)路設(shè)計(jì)需要考慮勵(lì)磁電感和嵌位電容形成的復(fù)合零極點(diǎn)。DC-DC主電路常用拓?fù)?反激 單正激 雙正激拓?fù)?對(duì)稱(chēng)半橋拓?fù)?推挽拓?fù)?移相全橋拓?fù)潆p正激電路的基本形式優(yōu)點(diǎn)：1、無(wú)變壓器直通問(wèn)題，可靠性高。2、開(kāi)關(guān)管電壓應(yīng)力自動(dòng)嵌位，電壓應(yīng)力為單管正激的一半。3、可以通過(guò)交錯(cuò)并聯(lián)，增大變換功率和實(shí)現(xiàn)副邊倍頻。缺點(diǎn)：1、占空比小于0.5

12、。2、MOS管硬開(kāi)關(guān)。3、變壓器按單向磁化設(shè)計(jì)，利用率低。VinVoRNpNsS2TD1D2LoCoS1雙正激電路的基本波形與原理上圖為單個(gè)開(kāi)關(guān)管在滿(mǎn)載時(shí)的實(shí)測(cè)波形（CH1：Vds，CH2：Vgs）。當(dāng)開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通時(shí)，Vds為0，勵(lì)磁電流線(xiàn)性增加。開(kāi)關(guān)管關(guān)斷瞬間，副邊折算回來(lái)的等效電流與勵(lì)磁電流一起給開(kāi)關(guān)管寄生電容Cds充電，Vds從0迅速上升，充到母線(xiàn)電壓后被二極管嵌位。隨后勵(lì)磁電流維持平臺(tái)不變，直到勵(lì)磁電流減小到0。此后勵(lì)磁電感與電路寄生電容諧振，電壓諧振到1/2平臺(tái)電壓后被嵌位。雙正激電路的實(shí)際考慮（1）變壓器隔離驅(qū)動(dòng)解決上管的浮地驅(qū)動(dòng)。雙正激電路的實(shí)際考慮（2） 雖然雙正激相對(duì)于半橋、全

13、橋、推挽來(lái)說(shuō)，變壓器按單邊勵(lì)磁來(lái)考慮，磁芯利用率低。但是該電路不需要考慮直通、偏磁。在AC-DC的場(chǎng)合應(yīng)用非常廣泛。 如果產(chǎn)品的散熱環(huán)境惡劣（以下條件中的一種或多種組合）：密閉、內(nèi)部無(wú)風(fēng)扇、外部無(wú)外加風(fēng)、體積受限。因?yàn)榘霕?、全橋、推挽的變壓器雙向勵(lì)磁，磁芯損耗較大，對(duì)散熱的要求高。這種情況下，雙正激將是較優(yōu)拓?fù)洹C-DC主電路常用拓?fù)?反激 單正激 雙正激拓?fù)?對(duì)稱(chēng)半橋拓?fù)?推挽拓?fù)?移相全橋拓?fù)鋵?duì)稱(chēng)半橋拓?fù)涞幕拘问絻?yōu)點(diǎn)：1、與雙正激相比，副邊倍頻。2、變壓器雙向勵(lì)磁，利用效率高。缺點(diǎn)：1、存在偏磁和直通可能。2、不能采用電流型控制，偏磁的危害很大。對(duì)稱(chēng)半橋的基本波形與原理 1、S1開(kāi)通，

14、S2關(guān)斷，此時(shí)變壓器兩端所加的電壓為母線(xiàn)電壓的一半，能量由原邊向副邊傳遞。2、S1關(guān)斷，S2關(guān)斷，此時(shí)變壓器副邊兩個(gè)繞組由于整流二極管兩個(gè)管子同時(shí)續(xù)流而處于短路狀態(tài)，原邊繞組也相當(dāng)于短路狀態(tài)。S1、S2均分母線(xiàn)電壓。3、S1關(guān)斷，S2開(kāi)通。與1相似。對(duì)稱(chēng)半橋的實(shí)際考慮（1）變壓器隔離驅(qū)動(dòng)解決上管的浮地驅(qū)動(dòng)。對(duì)稱(chēng)半橋的實(shí)際考慮（2）隔直電容解決變壓器偏磁。對(duì)稱(chēng)半橋的實(shí)際考慮（3）母線(xiàn)電容直接采用金膜電容，相對(duì)電解電容的主要優(yōu)點(diǎn)，有： 1、不用考慮兩個(gè)橋臂電容的分壓?jiǎn)栴}。因?yàn)榻鹉る娙蓦妷嚎梢宰龅谋容^高，使用兩個(gè)630V的金膜電容串聯(lián)，其電壓降額余量相當(dāng)大。 2、不用考慮安規(guī)的問(wèn)題。金膜電容即使損壞

15、，也沒(méi)有電解電容漏液和爆炸的問(wèn)題。 3、由于容量一般比較?。ㄍǔＰ∮?uF）。當(dāng)兩對(duì)橋臂開(kāi)通時(shí)間出現(xiàn)不平衡時(shí)，橋臂上金膜電容的電壓及時(shí)自動(dòng)調(diào)整，可以節(jié)省一個(gè)隔直電容。DC-DC主電路常用拓?fù)?反激 單正激 雙正激拓?fù)?對(duì)稱(chēng)半橋拓?fù)?推挽拓?fù)?移相全橋拓?fù)渫仆焱負(fù)涞幕拘问絻?yōu)點(diǎn)：1、與雙正激、半橋、全橋相比，無(wú)隔離驅(qū)動(dòng)問(wèn)題。2、變壓器雙向勵(lì)磁，利用效率高。缺點(diǎn)：1、存在偏磁和直通可能。2、電壓應(yīng)力為兩倍母線(xiàn)，一般只在DC-DC場(chǎng)合應(yīng)用。推挽電路的基本波形與原理上圖為單個(gè)開(kāi)關(guān)管在滿(mǎn)載時(shí)的實(shí)測(cè)波形（CH1：Vgs，CH2：Vds）。當(dāng)開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通時(shí)，Vds為0，勵(lì)磁電流線(xiàn)性增加。開(kāi)關(guān)管關(guān)斷瞬間，副邊折

16、算回來(lái)的等效電流與勵(lì)磁電流一起給開(kāi)關(guān)管寄生電容Cds充電，Vds從0迅速上升，充到母線(xiàn)電壓后被另一個(gè)MOS的體二極管嵌位，尖峰由漏感和關(guān)斷時(shí)的電流引起，也與原副邊的吸收電路有關(guān)。當(dāng)另一個(gè)MOS導(dǎo)通后，電壓被嵌位到2倍母線(xiàn)電壓。推挽電路的實(shí)際考慮（1） 可以采用隔直電容來(lái)遏止偏磁。在DC輸入大范圍變化的場(chǎng)合，也可以采用電流環(huán)控制，來(lái)預(yù)防偏磁。 在DC輸入變化不大的場(chǎng)合，可以采用固定大占空比（0.47左右），副邊無(wú)輸出電感的推挽電路實(shí)現(xiàn)預(yù)穩(wěn)壓。由于無(wú)輸出電感的續(xù)流過(guò)程，原邊的勵(lì)磁電感可以在開(kāi)關(guān)管的關(guān)斷期間參與諧振，實(shí)現(xiàn)MOS的軟開(kāi)通。DC-DC主電路常用拓?fù)?反激 單正激 雙正激拓?fù)?對(duì)稱(chēng)半橋拓?fù)?/p>

17、 推挽拓?fù)?移相全橋拓?fù)洌ㄝ^復(fù)雜，本文不做探討）DC-DC主電路常用拓?fù)浔容^電路電路優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)缺點(diǎn)功率范圍功率范圍應(yīng)用領(lǐng)域應(yīng)用領(lǐng)域正激正激電路較簡(jiǎn)單，成本電路較簡(jiǎn)單，成本低，可靠性高，驅(qū)低，可靠性高，驅(qū)動(dòng)電路簡(jiǎn)單。動(dòng)電路簡(jiǎn)單。大部分單向激磁，大部分單向激磁，單管應(yīng)力高。單管應(yīng)力高。幾百幾百W幾幾kW各種中、小功各種中、小功率電源率電源反激反激電路非常簡(jiǎn)單，成電路非常簡(jiǎn)單，成本很低，可靠性高，本很低，可靠性高，驅(qū)動(dòng)電路簡(jiǎn)單。驅(qū)動(dòng)電路簡(jiǎn)單。難以達(dá)到較大的功難以達(dá)到較大的功率。率。幾幾W幾十幾十W小功率電子設(shè)備、小功率電子設(shè)備、計(jì)算機(jī)設(shè)備、消計(jì)算機(jī)設(shè)備、消費(fèi)電子設(shè)備電源。費(fèi)電子設(shè)備電源。全橋全橋變壓器雙向勵(lì)磁，變壓器雙向勵(lì)磁，