AC-DC电源设计要点剖析

　　图2.FAN3224，利用 倍流整流器实现自驱动同步整流（SR）。

　　这种倍流整流器可用于任何双端电源拓扑和大DC电流应用，它具有好几个突出的特性。首先，其次级端由一个简单绕组构成，可简化变压器结构。其次，由于所需的输出电感被分配在两个电感器上，因大电流流入次级端而产生的功耗得到更有效的分布。第三，作为占空比（D）的函数，两个电感纹波电流彼此抵消。抵消掉的两个电感电流之和拥有两倍于开关频率的视在频率（apparent frequency），故允许更高的频率，此外流入输出电感的峰值电流更低。

　　加在次级端整流器上的电压不对称可能是AHB的缺点之一。当AHB在其限值D=0.5附近工作时，加载的SR电压几乎可达到匹配。然而，更合理的方案是，通过对变压器的匝数比进行设计，使D在额定工作期间保持在0.25。

　　调节器之后是一个带自驱动SR的不对称半桥DC-DC转换器，如图1所示。

　　表1.小型AC-DC电源设计规格

　　表1中的规格是对全部设计要求的简单小结。主要设计目标如下：

　　1.在尽可能宽的范围上获得最大效率。

　　2.实现尽可能小的设计尺寸。

　　3.散热器的使用和尺寸最小化。

在尽可能宽的负载范围上获得最大效率需要对每一个功率水平的材料和元件选择进行仔细考虑，尤其是在磁性设计方面。由于交错式BCM PFC的频率可能高至数百kHz，且变化多达10:1，升压电感必需定制设计。采用适当等级的等效多股绞合线可以尽量减小AC损耗，而AC损耗正是BCM PFC升压电感中铜损耗的主要部分。应该采用适合于高频工作的开气隙的铁氧体材料，得的PFC效率如图3所示。

　　图3.交错式BCM PFC 测得的效率 （100%=330W）。

　　对于300W小型 AHB变压器，一种解决方案是采用两个水平磁芯结构：初级端绕组串联，次级端绕组并联。在一个不到20mm的小型元件上设计横截面积150mm2的传统形状的磁芯是不可能的事情。最后一个重要设计步骤是把AHB变压器中的漏电感量控制在允许范围之内。对于ZVS，需要某些特定的漏电感值，对于自驱动SR，需要调节时序延迟。在本设计中因变压器产生的有效泄漏被优化为7μH，也就是总体有效磁性电感的1.5%。300W AHB DC-DC转换器测得的效率结果如图4所示。

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

　　满负载效率主要由转换器功率水平的传导