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通过选择合适的拓扑来提高AC/DC电源的稳定性

李晓鹏

2019-5-22 06:30:00

3324 拓扑 ACDC电源

提高电源可靠性的关键在于降低功率元件的热、电压和电流应力，这主要是输入电压和所需功率的函数。不过，您可选择有助于减轻这些应力的拓扑。

同样，虽然热应力是额定功率的函数，但电源效率也起着重要作用。因此，在追求可靠性的过程中，探索提供高效率的拓扑结构和电路元件极其重要。

因导通应力显著降低，过渡模式PFC在降低开关应力方面具有优势。当输入电压低于输出电压的一半时，过滤模式下的电压切换为零；即使输入电压较高，电压切换水平也会显著降低。在所有条件下，MOSFET和整流器都有零电流开关（ZCS）。ZCS操作导致整流二极管中的反向恢复几乎消除，这也有助于减小应力并降低电磁干扰（EMI）。虽然减少EMI不能提供直接的可靠性优势，但EMI滤波器元件数量的减少以及敏感电路段噪声拾取的可能性降低可间接地有助于提高整个电源的可靠性。

考虑热应力时，交错的过渡模式升压拓扑再次比CCM拓扑更有利。在交错过渡模式拓扑中，组件在较低温度下运行；与CCM拓扑相比，更多组件共享几乎相同的功率损耗。在温度降低条件下操作对电源可靠性具有相当大的影响，尤其是在没有强制通风设备的系统中。

此外，交错操作大大降低了输入和输出电容器中的纹波电流。这是一个重要的考虑因素，特别是铝电解型输出电容器，它是决定整体电源可靠性的最薄弱环节之一。在PFC应用中，纹波电流是决定输出电容器寿命（由于尺寸、成本和可用性原因而电压额定值被限制为450V/500 V）的最重要因素。应该看到纹波电流的降低不仅是对规格的降额，而且更显著的是由于功耗降低导致的温度降低。

对于DC/DC级，电感-电感-电容（LLC）拓扑结构是首选，因为它具有降低的开关应力，尽管它确实会增加电流应力。在略高于谐振频率的满载下工作可最大限度地减小电流应力的增加，同时避免由于ZCS关断而导致的输出同步MOSFET体二极管反向恢复。

另一个需要考虑的重点是电路在其工作范围内的效率：在其使用寿命期间，它可能并不总是在满载或接近满载的情况下运行。因此，在广泛的操作区域内实现良好的效率非常重要。这就是为PFC和LLC功率级选择控制器变得至关重要之处。