本文設(shè)計并制作了一種高效低電磁污染的開關(guān)電源樣機。測試結(jié)果表明，該電源具有優(yōu)良的動態(tài)性能、較高的功率因數(shù)和工作效率，且控制簡單，故具有一定的實際應(yīng)用價值。

　　1 開關(guān)電源設(shè)計方案

　　開關(guān)電源的結(jié)構(gòu)如圖1所示，它主要由220V交流電壓整流及濾波電路、功率因數(shù)校正電路、DC/DC變換器三大部分組成。

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　　220V交流電經(jīng)整流供給功率因數(shù)校正電路，采用Boost型PFC來提高電源的輸入功率因數(shù)，同時降低了諧波電流，從而減小了諧波污染。PFC的輸出為一直流電壓UC，通過DC/DC變換可將該電壓變換成所要求的兩輸出直流電壓Uo1(12V)和Uo2(24V)。

　　從圖中可以看出，本電源系統(tǒng)設(shè)計的關(guān)鍵是在整流濾波器和DC/DC變換器之間加入了功率因數(shù)校正電路，使輸入電流受輸入電壓嚴格控制，以實現(xiàn)更高的功率因數(shù)。同時設(shè)計中還采用同步整流技術(shù)以減少整流損耗，提高DC/DC變換效率。選用反激式準諧振DC/DC變換器，既能增強對輸入電壓變化的適應(yīng)能力，又可以降低工作損耗。

　　為保證開關(guān)電源的性能，電源實際制作時還附加了一些電路：(1)保護電路。防止負載本身的過壓、過流或短路;(2)軟啟動控制電路。它能保證電源穩(wěn)定、可靠且有序地工作，防止啟動時電壓電流過沖;(3)浪涌吸收電路。防止因浪涌電壓電流而引起輸出紋波峰-峰值過高及高頻輻射和高次諧波的產(chǎn)生。

　　2 開關(guān)電源主要器件選擇

　　2.1 APFC芯片及控制方案

　　電源中功率因數(shù)校正電路以Infineon(英飛凌)公司生產(chǎn)的TDA4863芯片為核心，電路如圖2所示。開關(guān)管VT1選用增強型MOSFET。具體控制方案為：從負載側(cè)A點反饋取樣，引入雙閉環(huán)電壓串聯(lián)負反饋，以穩(wěn)定DC/DC變換器的輸入電壓和整個系統(tǒng)的輸出電壓。

　　DC/DC變換器的類型有多種[7]，為了保證用電安全，本設(shè)計方案選為隔離式。隔離式DC/DC變換形式又可進一步細分為正激式、反激式、半橋式、全橋式和推挽式等。其中，半橋式、全橋式和推挽式通常用于大功率輸出場合，其激勵電路復雜，實現(xiàn)起來較困難;而正激式和反激式電路則簡單易行，但由于反激式比正激式更適應(yīng)輸入電壓有變化的情況，且本電源系統(tǒng)中PFC輸出電壓會發(fā)生較大的變化，故本設(shè)計中的UC/UO變換采用反激方式，有利于確保輸出電壓穩(wěn)定不變。

　　本設(shè)計采用ONSMEI(安森美)準諧振型PWM驅(qū)動芯片NCP1207，它始終保持在MOSFET漏極電壓最低時開通，改善了開通方式，減小了開通損耗。

　　圖3是利用NCP1207芯片設(shè)計的DC/DC反激式變換器電路，其工作原理為：PFC輸出直流電壓UO，一路直接接變壓器初級線圈L1，另一路經(jīng)電阻R3接到NCP1207高壓端8腳，使電路起振，形成軟啟動電路;NCP1207的5腳輸出驅(qū)動脈沖開通開關(guān)管VT，L1存儲能量，當驅(qū)動關(guān)閉時，線圈L2和L3釋放能量，次級經(jīng)整流濾波后供電給負載，輔助線圈釋放能量，一部分經(jīng)整流濾波供電給VCC，形成自舉電路，另一部分經(jīng)電阻R1和R2分壓后送到NCP1207的1腳，來判斷VT軟開通時刻;光耦P1反饋來自輸出電壓的信號，經(jīng)電阻R7和電容C2組成積分電路濾波后送入NCP1207的2腳，以調(diào)節(jié)輸出電壓的穩(wěn)定，此為電壓反饋環(huán)節(jié)。電阻R6取樣主電流信號，經(jīng)串聯(lián)電阻R5和電容C4組成積分電路濾波后送入NCP1207的3腳，此為電流反饋環(huán)節(jié)。

　　2.3 同步整流管

　　電源系統(tǒng)采用電流驅(qū)動同步整流技術(shù)[8]，基本思路是通過使用低通態(tài)電阻的MOSFET代替DC/DC變換器輸出側(cè)的整流二極管工作，以最大限度地降低整流損耗，即通過檢測流過自身的電流來獲得MOSFET驅(qū)動信號，VT1在流過正向電流時導通，而當流過自身的電流為零時關(guān)斷，使反相電流不能流過VT1，故MOSFET與整流二極管一樣只能單向?qū)�通�?

　　TDA4863的性能特點是：當輸入電壓較高時，片內(nèi)APFC電路從電網(wǎng)中吸取較多的功率;反之，當輸入電壓較低時則吸收較少的功率，這就抑制了產(chǎn)生諧波電流，使功率因數(shù)接近單位功率因數(shù);片內(nèi)還包含有源濾波電路，能濾除因輸出電壓脈動而產(chǎn)生的諧波電流;芯片的微電流工作條件也降低了元器件的損耗。

　　(2)電壓電流雙閉環(huán)反饋

　　因整機系統(tǒng)形成雙閉環(huán)系統(tǒng)，DC/DC變換器輸出穩(wěn)定電壓時既增大了輸入電阻又減小輸出電阻，達到了閉環(huán)控制的目的。變換器在較大功率時呈現(xiàn)同步整流方式，較小功率時開關(guān)管、整流管均為零電壓開通，同步整流或零電壓開通都極大地降低了管耗。

　　(1)交流側(cè)設(shè)置電磁干擾(EMI)濾波器

　　設(shè)置EMI濾波器的目的是抑制電源線上傳導的高頻干擾，同時防止電源裝置產(chǎn)生的諧波污染電網(wǎng)。

　　在整流橋的兩端并聯(lián)了四只濾波電容器，可削弱整流部分對系統(tǒng)工作的影響。

　　(3)優(yōu)化元器件布局減小連線距離

　　在一次整流回路中將二極管與變壓器接近，而在二次整流回路中將二極管與變壓器和輸出電容都設(shè)置得比較靠近。

　　(4)合理接地

　　一方面為降低接地阻抗、消除分布電容的影響，安裝時將需要接地部分就近接到該端;另一方面分別將低頻電路、高頻電路和功率電路的公共端單獨連接后，再接到參考地端。

　　采用泰克(Tektronix)示波器TDS5034B對實驗電路進行測試，圖4是后級DC/DC變換器負載為12V/1.53A及24V/1.70A時的波形。其中，udr和ud分別為開關(guān)管VT1驅(qū)動電壓及其漏極電壓，u5為TDA4863的5腳電壓，即電感零電流檢測電壓，ui為整流橋正弦半波輸出電壓。由圖可知，ud幅值因為鉗位而基本不變，呈高頻矩形波;u5的包絡(luò)線顯現(xiàn)出電感平均電流波形接近于正弦波形。當ui為谷點時振蕩頻率f0明顯降低，因此時電流基準信號也處于低谷，且輸出功率一定時很小的峰值電流無法使u5升高;在ui峰值附近f0也較低，因為電流基準信號亦處于峰值附近，電感電流峰值和輸出功率都較大，但因輸出平均功率一定，故f0降低。

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