AC-DC常用拓扑介绍解析

AC-DC常用拓扑介绍
• PFC常用拓扑 • DC/DC主电路常用拓扑
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DC-DC主电路常用拓扑
• • • • • • 反激 单正激 双正激拓扑 对称半桥拓扑 推挽拓扑 移相全桥拓扑
反激电路的基本形式
优点：电路简单，不需要滤波电感。容易实现多 路输出。输入电压范围宽。适用于输出电流较小 的场合，比如AC-DC的辅助电源。 缺点：纹波电流较大，需要较大的滤波电容。能 量大部分储存在气隙，功率较大时不适合。
反激电路的基本波形
CCM ： 根 据 伏 秒 积 平 衡 ， 有 Vin*Ton=n*Vo*Toff 。 得 到 ： Vo=Vin*D*/n*（1-D）。 DCM：根据能量关系有Vo2*T/R=1/2*Lm*（Vin*Ton/Lm）2， 可得到： 。
反激电路的实际考虑（1）
1 、能量大部分存储在气隙，应用受到限制，假 设气隙和磁芯中磁通的截面积一样，则： B 2 Le Ae 磁芯中的能量为： Ec 20 r 气隙中的能量为： 20 现有一相对磁导率为2000，气隙长度为1mm,磁路 长度为100mm的反激变压器，可得：
DCM/CCM的基本实现思想（2）
• MC33368内部控制示意图。
DCM/CCM的基本实现思想（3）
• 由于电压误差放大器的增益带宽为10-20Hz， 远小于输入全波整流电压的频率100Hz，且输 出母线基本稳定，所以电压误差放大器的输出 Ve基本恒定。这样，Ve与输入全波整流电压 Vac相乘所得的电流基准信号Iref就是一个与 Vac 相似的正弦信号。因此电感电流的峰值跟 随Iref即Vac变化，当处于临界状态时，电感电 流的平均值就是一个与Vac 相似的正弦电流。 在交流输入端接入一个差模电感L101，通过 L101和C119将PFC电感的峰值电流滤为平均值， 就可在输入端实现功率因数校正。
平均电流控制CCM的基本实现思想（2）
• 3854的内部控制示意图。
平均电流控制CCM的优缺点
• 优点：1、相应峰值控制而言，输入电流峰值 和有效值小；2、抗干扰的能力强；3、定频控 制。 • 缺点：1、相应峰值电流控制，多了电流内环 的设计。需要在稳定性裕量和PF值之间折中。 • 2、二极管的反向恢复。以前解决该问题有很 多想法和思路，一般都会带来器件增加和控制 复杂。目前，高压快恢复二极管的发展，特别 是SIC工艺的出现，可能会使这一主要缺点自 然得到改善。
AC-DC常用拓扑介绍
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AC-DC常用拓扑介绍
• PFC常用拓扑 • DC/DC主电路常用拓扑
PFC常用拓扑
• PF=有功功率/视在功率=I1COSΦ/Itotal。 • 单相APFC应用最为广泛的拓扑为 BOOST。 • 主要实现两个功能：1、功率因数的校正 （一般大于90%）；2、在输入电压大范 围变化时（90~264V） ，保持输出母线 的稳定（一般为390V）。 • 我司常用的拓扑为峰值电流型DCM/CCM临 界连续和平均电流型CCM两种。
DCM/CCM的优缺点
• 优点：因为500V以上的快恢复二极管存在反向 恢复，会带来二极管电压应力、MOS开通损耗、 EMC等一系列问题。DCM/CCM使二级管的电流过 零关断，可消除其反向恢复损耗和寄生振荡。 • 主要缺点：电流不连续意味着输入电流脉动大、 电流有效值大，电感、MOS导通损耗增加。变 频控制意味着电感、EMC设计难度加大。
DCM/CCM的实际考虑
• 1、峰值检测关断容易引入干扰。为了克服功 率管开通时的电流检测信号噪声，芯片一般带 有Leading Edge Blanking功能，防止超过峰 值电流基准而导致功率管误关断。但是LEB引 入又会带来最小导通时间（1uS以上）的问题。 2、 ZCD的检测通常是通过电感两端电压小于 某个值而实现的，在高压输入（大于280V） 的峰值处，很容易满足该条件，导致开关管关 断后立即导通。引起电感激磁不平衡，电感电 流连续甚至电感饱和，电感峰值电流过大的问 题。
气隙存储能量 Eg Lg r 1 2000 20 磁芯存储能量 Ec Le 100 1
Eg
B2 Lg Ae
为了增加传递能量，可以增大气隙，但是气隙的增大，在其它 条件不变的情况下初级励磁电感减小，漏感所占的比例加大， 原边峰值电流增加，漏感损耗和开关应力都大幅提高。
反激电路的实际考虑（2）
DCM/CCM 拓扑原理图
DCM/CCM拓扑波形图
DCM/CCM的基本实现思想（1）
• 基本实现思想是峰值电流控制和零电流检测。 • 检测电感电流，与基准相比较，当电流达到正 弦基准电流（为输入电压信号与电压环误差放 大器输出的乘积） 时，产生一个关断MOSFET 信号，随之电感电流下降；当电路检测到电感 电流过零时，产生一个开通MOSEFT信号，从 而保持电感电流始终工作于连续和断续的临界 状态。
平均电流控制的CCM拓扑原理图
平均电流控制的CCM拓扑波形图
平均电流控制CCM的基本实现思想（1）
• 基本实现思想是电压外环、电流内环的双环控制。它 用电流误差放大器替代前面讨论的峰值控制中的电流 比较器，形成电流内环。通过误差放大器，输入电流 的高频分量被平均化处理，平均电流误差信号与锯齿 波比较后形成控制开关通断的PWM信号。 • 电流内环的基准除了输出电压误差放大信号与输入整 流电压信号的乘积以外，还需要除去输入电压全波整 流后的有效值平方。电压前馈的目的是为了提高控制 系统对输入电压变化的动态响应速度，对于宽输入电 压范围和输入波动较大的应用场合很有必要。
2、需要死负载： 即使CCM的反激电路，在负载很小时也会进入 DCM 模式。从DCM的输出关系式可以看到D与负载有关 系，轻载时R值很大，所以只需要很小的D（此时 如果次级采用二极管整流，则会出现“丢 波” ）。完全空载，R无穷大，磁场能量无泻放 通路，理论上输出也为无穷大。模块炸机。
平均电流控制CCM的实际考虑
• 1、高温下，二极管的应力会随着反向恢复电 流的增加而急剧增大。测试必须考虑高温带来 的影响。 • 2、输入电压前馈需要二级滤波才到除法器。 在输入电压大范围波动时（比如90~264VAC）， 前馈作用存在滞后效应，PFC母线电压会跟随 输入电压而变化，导致输出跌落或过冲。