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经过挑选拓扑进步工业AC/DC电源的可靠性

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。

  进步电源可靠性的关键在于下降功率元件的热、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,您可挑选有助于减轻这些应力的拓扑。

  相同,尽管热应力是额定功率的函数,但电源功率也起着重要作用。因而,在寻求可靠性的过程中,探究供给高功率的拓扑结构和电路元件极其重要。

  在咱们的94.5%功率、500 W工业AC /
DC参阅规划中,前端功率因数校对(PFC)级是交织式过渡形式升压拓扑,尽管单级接连导通形式(CCM)升压拓扑结构是也是一个可行挑选。拓扑挑选主要是出于器材压力的考虑;交织式拓扑,因两级并联作业,将功率元件(升压电感、开关金属氧化物半导体场效应晶体管[MOSFET]和整流二极管)中的电流应力下降了两倍。图1所示为两种拓扑的简化图。

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  图1:交织式和单级升压PFC

  因导通应力明显下降,过渡形式PFC在下降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,过滤形式下的电压切换为零;即便输入电压较高,电压切换水平也会明显下降。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简直消除,这也有助于减小应力并下降电磁搅扰(EMI)。尽管削减EMI不能供给直接的可靠性优势,但EMI滤波器元件数量的削减以及灵敏电路段噪声拾取的或许性下降可直接地有助于进步整个电源的可靠性。

  考虑热应力时,交织的过渡形式升压拓扑再次比CCM拓扑更有利。在交织过渡形式拓扑中,组件在较低温度下运转;与CCM拓扑比较,更多组件同享简直相同的功率损耗。在温度下降条件下操刁难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体系中。

  此外,交织操作大大下降了输入和输出电容器中的纹波电流。这是一个重要的考虑要素,特别是铝电解型输出电容器,它是决议全体电源可靠性的最薄弱环节之一。在PFC运用中,纹波电流是决议输出电容器寿数(由于尺度、本钱和可用性原因而电压额定值被限制为450V/500
V)的最重要要素。应该看到纹波电流的下降不仅是对标准的降额,并且更明显的是由于功耗下降导致的温度下降。

  关于DC/DC级,电感-电感-电容(LLC)拓扑结构是首选,由于它具有下降的开关应力,尽管它的确会添加电流应力。在略高于谐振频率的满载下作业可最大极限地减小电流应力的添加,一起防止由于ZCS关断而导致的输出同步MOSFET体二极管反向恢复。

  该规划完成了挨近95%的功率,而不会添加太多复杂性。PFC级功率在230 V时高于98%,在115
V时高于96.5%.LLC级的功率高于96.5%。拓扑和组件挑选是影响此功能的要素。

  另一个需求考虑的重点是电路在其作业范围内的功率:在其运用寿数期间,它或许并不总是在满载或挨近满载的情况下运转。因而,在广泛的操作区域内完成杰出的功率非常重要。这便是为PFC和LLC功率级挑选操控器变得至关重要之处。

  本规划中运用的两个操控器(用于PFC的UCC28064A和用于LLC的UCC256301)
具有在宽作业范围内供给功率优势的操控技能,如图2所示。此外,本规划中运用的UCC24612,同步整流器操控器和驱动器,经过完成近乎抱负的二极管仿真来下降输出整流器损耗,并直接下降初级侧损耗。这些操控器设备对进步全体可靠性的奉献并非无关紧要。

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  图 2:PFC和LLC级功率

  在工业电源运用中,您有必要挑选能够削减组件压力的拓扑。交织的过渡形式升压拓扑和LLC拓扑是比其他拓扑更好的挑选,由于可削减组件压力。拓扑挑选应考虑将功率损耗分配给更多组件,且进步功率非常重要,由于热应力与其直接相关。

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