一种绿色模式开关电源的研究与设计

摘要：提出了一种中小功率绿色模式开关电源设计，该电源采用两级变换器分别对输入电流波形整形和快速调节输出电压。采用过渡模式有源功率因数校正、准谐振变频控制功率隔离变换和同步整流等多种先进的电源控制技术以降低电源的总机损耗，提高系统效率，减少谐波污染。测试结果表明该开关电源达到了绿色设计目的，可满足高性能应用的需要。
关键词：绿色模式；功率因数校正；总机功耗；系统效率

0 引言
中小功率开关电源以其诸多优良的性能，在测控仪器仪表、通信设备、学习与娱乐等诸多电子产品中得到广泛的应用。随着环境和能源问题日益突出，人们对电子产品的环保要求不断提高，对电子产品的能源效率更加关注。设计无污染、低功耗、高效率的绿色模式电源已成为开关电源技术研究的热点。
本文研究一种中小功率开关电源，应用过渡模式有源功率因数校正、准谐振变频功率隔离变换控制和同步整流等多种先进的电源控制技术，以实现绿色开关电源设计的目的。

1 系统结构与工作原理
所研究的开关电源结构如图l所示，采用两级PFC结构，由PFC预变换器、隔离变换器和同步整流电路组成的DC／Dc变换器以及检测与保护电路组成。交流电压经整流后先输入到PFC预变换器进行功率因数校正变换，再由电源控制电路控制隔离变换器，将直流电压转换成高频交流脉冲电压，此脉冲电压经同步整流器整流、滤波电路滤波后，得到所需的直流。

由于整流电路中二极管等非线性元件的作用，导致输入的交流电压虽然是正弦波，但输入的交流电流波形严重畸变，降低了输入电路的功率因数，增加了线路电能损耗，而且还会产生大量谐波污染电网。解决上述问题的关键是改善输入电流波形。这里采用boost有源功率因数校正技术，由boost变换器和以UCC38050为中心的PFC控制电路组成功率因数校正级，通过对电感电流的控制，在交流输入端产生一个跟踪正弦输入电压波形的正弦电流，实现功率因数校正，使输入电路功率因数接近于l。电流波形校正原理如图2所示，电感电流波形高频脉动且临界连续，通过相应的控制，在半个工频周期内，使电感中电流的平均值跟随全波整流电压基准值，其包络线呈正弦波形，且相位与电压相同。图中，iL为电感电流，iA为电感平均电流，ip为电感电流峰值包络线。

UCC38050为过渡模式PFC控制器，功耗低，工作电流仅1．5mA．PWM开关频率由自激振荡产生而且频率可变，不存在Boost二极管反向恢复过程，减少了反向恢复损耗，非常适合于中小功率绿色开关电源设计。