開關(guan) 電源適配器設計方案
本文來源：網絡
記本電腦的開關(guan) 電源適配器新產(chan) 品研發工作，是目前國內(nei) 電子工程師們(men) 的主要研發方向之一，也是應用新技術速度最快的研發領域之一，新產(chan) 品的更新速度非常快。在今天和明天的幹貨分享中，我們(men) 將會(hui) 為(wei) 各位工程師們(men) 分享一種新穎的兩(liang) 級式筆記本電腦開關(guan) 電源適配器設計方案，希望通過本文的分享，為(wei) 大家的研發工作帶來一定幫助。
設計原理
在本文所提出的開關(guan) 電源適配器設計方案中，我們(men) 采用的是比較新穎的兩(liang) 級式設計思路，適配器的前級功率因數校正采用 Boost 變換器，這樣的選擇能夠有效提高低輸入電壓時的變換效率，其 PFC 級采用變輸出電壓的方法，其輸出電壓跟隨輸入電壓變化。而後級 DC-DC 變換器則選擇采用兩(liang) 路反激變換器交錯並聯，通過這一方式能夠減小其輸入和輸出電流紋波，同時采用同步整流技術，以進一步提高變換效率。
(a)主功率電路圖
(b)Boost 變換器電感電流臨(lin) 界連續模式主要波形圖
PFC 級工作原理
上圖中，圖 1 分別給出了我們(men) 所設計的這一開關(guan) 電源適配器的主功率電路圖，以及 Boost 變換器電感電流臨(lin) 界連續模式下的主要波形圖。其中，圖 1(a)為(wei) 提出的新型兩(liang) 級式變換器的主功率電路圖。從(cong) 圖 1(a)中可以看到，該方案中，Boost 變換器采用電感電流臨(lin) 界連續模式的控製方式，這種控製方式的優(you) 點是二極管零電流關(guan) 斷沒有反向恢複的問題，同時具有功率因數高的優(you) 勢，且原邊開關(guan) 管能夠保持零電流開通。
在 PFC 級的設計中，我們(men) 所采用的 Boost 變換器處於(yu) 電感電流臨(lin) 界連續模式下工作時，其主要波形如上圖中的圖 1(b)所示。在一個(ge) 開關(guan) 周期內(nei) ，當電感電流 iLB 為(wei) 零時，則二極管 DB 關(guan) 斷，此時開通開關(guan) 管 SB，iLB 由零開始線性增加。當它達到整流橋輸出母線的電壓采樣信號時，關(guan) 斷 SB，DB 開通，iLB 由最大值線性下降到零。在輸入電壓的 1/2 周期內(nei) ，由多個(ge) 開關(guan) 周期組成。在每個(ge) 開關(guan) 周期內(nei) ，iLB 的平均值跟隨整流橋輸出電壓，因此 iLB 的平均值跟蹤整流橋輸出電壓波形，由此實現 PFC 的功能。
在圖 1 所設計的這一主功率電路圖中，當輸出功率相同時，輸入電壓低，相應的輸入電流有效值較大。而當低輸入電壓時，Boost 變換器的主要損耗是整流橋的導通損耗和開關(guan) 管的導通損耗。根據 Boost 變換器的電壓輸入輸出關(guan) 係 Vo=Vin/(1-D)可知，當輸入電壓固定時，輸出電壓越低，占空比越小，因此開關(guan) 管導通損耗越小。為(wei) 了提高輸入電壓低時的效率，我們(men) 可以將輸出電壓降低。因此，針對 PFC 級輸入電壓範圍寬(90-265Vac)的特點，采用變輸出電壓的控製方式，在該控製方式下，輸入電壓與(yu) 輸出電壓的關(guan) 係如下圖圖 2(a)所示。
圖 2 PFC 級 Uin 與(yu) Uopfc 的關(guan) 係及其控製電路圖
(a)
(b)
在了解了 Boost 變換器處於(yu) 變輸出電壓的控製方式下輸入電壓與(yu) 輸出電壓的關(guan) 係後，上圖中，圖 2(b)給出的是在這一開關(guan) 電源適配器設計方案中，Boost 變換器輸出電壓跟隨輸入電壓線性變化的控製電路圖。從(cong) 圖 2(b)中可以看出，在電壓閉環中引入輸入電壓有效值作為(wei) 前饋量，采樣信號取反後與(yu) 輸出電壓的采樣信號取和，接到 PI 調節器的反向輸入端。在這一控製電路係統中，PI 調節器的輸出接到乘法器的輸入端，與(yu) 整流橋輸出電壓的采樣相乘後作為(wei) 電流環的給定，以此來控製電感電流的幅值。當輸入電壓變化時，輸出電壓也隨之變化。
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