AC-DC電源設計要點剖析

　　圖2.FAN3224，利用 倍流整流器實現自驅動同步整流（SR）。

　　這種倍流整流器可用于任何雙端電源拓撲和大DC電流應用，它具有好幾個突出的特性。首先，其次級端由一個簡單繞組構成，可簡化變壓器結構。其次，由于所需的輸出電感被分配在兩個電感器上，因大電流流入次級端而產生的功耗得到更有效的分布。第三，作為占空比（D）的函數，兩個電感紋波電流彼此抵消。抵消掉的兩個電感電流之和擁有兩倍于開關頻率的視在頻率（apparent frequency），故允許更高的頻率，此外流入輸出電感的峰值電流更低。

　　加在次級端整流器上的電壓不對稱可能是AHB的缺點之一。當AHB在其限值D=0.5附近工作時，加載的SR電壓幾乎可達到匹配。然而，更合理的方案是，通過對變壓器的匝數比進行設計，使D在額定工作期間保持在0.25。

　　調節器之后是一個帶自驅動SR的不對稱半橋DC-DC轉換器，如圖1所示。

　　表1.小型AC-DC電源設計規格

　　表1中的規格是對全部設計要求的簡單小結。主要設計目標如下：

　　1.在盡可能寬的范圍上獲得最大效率。

　　2.實現盡可能小的設計尺寸。

　　3.散熱器的使用和尺寸最小化。

在盡可能寬的負載范圍上獲得最大效率需要對每一個功率水平的材料和元件選擇進行仔細考慮，尤其是在磁性設計方面。由于交錯式BCM PFC的頻率可能高至數百kHz，且變化多達10:1，升壓電感必需定制設計。采用適當等級的等效多股絞合線可以盡量減小AC損耗，而AC損耗正是BCM PFC升壓電感中銅損耗的主要部分。應該采用適合于高頻工作的開氣隙的鐵氧體材料，得的PFC效率如圖3所示。

　　圖3.交錯式BCM PFC 測得的效率 （100%=330W）。

　　對于300W小型 AHB變壓器，一種解決方案是采用兩個水平磁芯結構：初級端繞組串聯，次級端繞組并聯。在一個不到20mm的小型元件上設計橫截面積150mm2的傳統形狀的磁芯是不可能的事情。最后一個重要設計步驟是把AHB變壓器中的漏電感量控制在允許范圍之內。對于ZVS，需要某些特定的漏電感值，對于自驅動SR，需要調節時序延遲。在本設計中因變壓器產生的有效泄漏被優化為7μH，也就是總體有效磁性電感的1.5%。300W AHB DC-DC轉換器測得的效率結果如圖4所示。

　　圖4.AHB 390V to 12V/25A，DC-DC 測得的效率（100%=300W）。

　　滿負載效率主要由轉換器功率水平的傳導