高功率因数低空载损耗AC/DC电源的研究

3 参数设计

90W带功率因数校正的电源适配器主电路图参见图3，其主要电路参数如下：输入电压AC88～265V，频率50Hz；输出电压DC12V，输出最大功率90W，开关频率65kHz；轻载时开关频率20kHz，PFC停止工作。

1）谐振电阻、电容的设计

根据开关工作频率的设计，可以确定谐振电阻RA、RB，与谐振电容CT的值。开关频率fosc=65kHz，轻载时开关频率fSB=20kHz。

fSB= （1）

fosc= （2）

式中：RA∥RB=

KT=

由式（1）、（2）可取RA=20kΩ，RB=10kΩ，CT=3.3nF。

2）反激变压器的设计

变压器的设计在减小功率损耗方面起着极为重要的作用。为减小变压器的漏感，采取“三明治”绕法。即先绕原边匝数的一半，再绕副边，最后再绕另一半原边，这样可以减少50％的漏感。

由于正常工作时的输出功率为90W，设计高频工作的最小输入功率PinSB=30W（即当输入功率小于30W时开关频率由65kHz变到20kHz），检测电阻Rs=0.28Ω，已知输出电压Vo=12V，开关工作频率fAosc=65kHz，这样就可以通过式（3）求得变压器的原边电感Lp=540μH。

PinSB=Lpfosc （3）

设原边电感工作在断续导电模式（DCM）下，则可得通过电感的峰值电流Ippk为

Ippk==2.46A （4）

式中：Pin=Po/η，Po=90W，取η=0.85。

正常情况下开关的导通时间

ton= （5）

关断时间 toff= （6）

由于电感工作在DCM模式下，就要求

toff＋ton （7）

取占空比D==0.2，输出二极管压降VF=0.7V，从而可得变压器原副边的匝比n=10。

另外，由于漏感的存在，变压器原边的能量不能完全传送到输出端，当开关断开时，为了释放储存在漏感中的能量，需要加一个RCD钳位电路。

3）功率半导体器件的设计

由于反激变压器存在一定的漏感，可能会引起一定的尖峰电压，另外考虑到PFC输出电压可能会有所波动，选取耐压800V以上的开关管；根据最大输出功率及最小的占空比，开关的导通电流最大值为2.46A。这样就可以选择STP6NC90Z，它的耐压值为900V，最大导通电流是5.8A。

在PFC输出电压达到最大允许值时，输出整流二极管的最大反向电压将达到55V左右，为留一定的余量，取反向耐压100V的二极管，同时流过整流二极管的最大电流7.5A。因此可以选择STPS10H100CT,它的耐压为100V，最大允许电流是10A。

4）其它

为了达到要求的偏差值，反馈电路通过采用光耦PC817调整输出电压。为了减小高频输出纹波，在输出电压的末端加入一个小的电感电容滤波。

4 实验结果

以L5991A为主设计的带有PFC的AC/DC电源适配器，最主要的优点是负载减轻时开关频率从高频自动降到低频，并且关断了前面PFC级的工作，从而在很大程度上减小了电路损耗，达到了轻载低损的效果。图4（a）、（b）表示输出功率从90W变到10W和从10W变到90W时L5991A的脚16和脚2的波形。从图中可以看到当负载变化时，脚16电平的突变及脚2谐振频率的突变状况。图5（a）、（b）表示输出功率从90W变到10W和从10W变到90W时L5991A的脚16和开关驱动波形的变化。从图中可以看到开关在正常工作时的频率约为65kHz，在轻载时的频率约为20kHz。实验结果表明在空载运行时整个电路消耗的功率低于1W。