作為一名電源工程師（自封），一直以來(lái)都在做一些簡(jiǎn)單的100W內(nèi)反激、BUCK、BUCK-BOOST。。。看著論壇中高手如云，他們都做幾千瓦的大功率電源
，心里癢癢
。最近開(kāi)始在暗里默默學(xué)習(xí)大師們的高超技術(shù)及寫作文采，也給自己定個(gè)任務(wù)以此掌握：無(wú)橋APFC及LLC半橋開(kāi)關(guān)電源
設(shè)計(jì)步驟：
1. 設(shè)定參數(shù)：輸入85-265VAC，輸出0-50V 0-10A 500W，隔離，符合CE認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)，目標(biāo)滿載效率94%。
2. 預(yù)估尺寸
3. 尋找外殼
4. 畫(huà)原理圖
5. 畫(huà)PCB
6. 列BOM清單
7. PCB打樣，采購(gòu)元器件
8. 調(diào)試
9. 總結(jié)調(diào)試中遇到的問(wèn)題，總結(jié)此內(nèi)電源設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)=====================================================================================
先設(shè)計(jì)框圖如下：
為什么要用沒(méi)有橋堆的APFC？
一般APFC+半橋LLC兩級(jí)架構(gòu)開(kāi)關(guān)電源效率為90%，則輸出50V，10A的電源輸入功率為：50V*10A/0.9=555.5W；
輸入電壓為85VAC時(shí)，PF假設(shè)為0.99，則輸入電流為：555.5W/85V/0.9=6.6A；
一般橋堆內(nèi)單個(gè)二極管的壓降為1.2V，同時(shí)有兩個(gè)在工作，則橋堆的功耗為：1.2V*6.6A*2=15.84W
可見(jiàn)橋堆損失的效率為：15.8W/555.5=2.85%
15.84W的功率和2.85%的效率損失對(duì)500W的中等功率電源來(lái)說(shuō)關(guān)系不大，但對(duì)于幾千瓦的電源橋堆的功耗就很大了。在這里以500W電源為案例希望能與大家深入學(xué)習(xí)并掌握無(wú)橋APFC設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，也請(qǐng)各位高手不吝賜教，萬(wàn)分感謝！
這個(gè)電源的拆機(jī)分析在我之前發(fā)的帖子里面有詳細(xì)說(shuō)明，大家可以去看看。 可以去我的帖子里面可以找到，或者搜索“【我是工程師第三季】 高清無(wú)碼460W全橋相移服務(wù)器電源拆解 UCC3818D+UCC3895DW ”就行。
希望能做到上面圖中這么漂亮。
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2018.2.11樣機(jī)已經(jīng)制作完成，看圖： （做工不太好，大家不要見(jiàn)效，準(zhǔn)備下一版本優(yōu)化）
下面我們開(kāi)始聊聊無(wú)橋PFC線路
我們以ST的AN2606這篇文檔跟大家一起開(kāi)始學(xué)習(xí)（需要原文檔的可以留下郵箱我發(fā)給各位）
圖2
傳統(tǒng)的Boost拓?fù)涫?/span>PFC應(yīng)用中最有效的拓?fù)洹Ｋ褂靡粋€(gè)橋堆將AC輸入電壓整流到DC，然后再升壓。見(jiàn)圖2。這種方法適用于中低功率范圍。隨著功率水平的提高，全橋開(kāi)始成為應(yīng)用的重要組成部分，設(shè)計(jì)者必須解決有限表面面積散熱問(wèn)題。從效率的角度來(lái)看耗散功率是非常重要的。
圖3
無(wú)橋拓?fù)涮岢霰苊庹髌鬏斎霕颍⑶疫€需要保持經(jīng)典的升壓拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。這是利用漏極、源極之間的體二極管和PowerMOS開(kāi)關(guān)來(lái)完成。一個(gè)簡(jiǎn)化的無(wú)橋PFC配置如圖3所示。
圖4
圖4從功能的角度來(lái)看，電路類似于普通Boost轉(zhuǎn)換器。傳統(tǒng)的拓?fù)潆娏髁鹘?jīng)兩個(gè)串聯(lián)的二極管（全橋內(nèi)）。在無(wú)橋PFC配置中，電流通過(guò)二極管與PowerMOS提供唯一返回路徑。
為了分析電路的運(yùn)行情況，有必要把它分成兩部分。第一部分作為升壓級(jí)運(yùn)行，第二部分作為AC輸入信號(hào)的返回路徑工作。參考上圖，左邊顯示正半周期中的電流，右邊顯示負(fù)半周期中的電流。
當(dāng)交流輸入電壓為正時(shí)，M1的柵極被驅(qū)動(dòng)，電流從輸入端流過(guò)電感器，儲(chǔ)存能量。當(dāng)M1關(guān)閉時(shí)，電感的能量被釋放，電流通過(guò)D1，通過(guò)負(fù)載并通過(guò)M2的體二極管返回到輸入電源。參見(jiàn)上圖左邊。在關(guān)斷時(shí)間，電流流出電感L（在此期間釋放其能量），流入升壓二極管D1，并通過(guò)負(fù)載形成回路。
在負(fù)半周期電路操作中，如上圖右所示，M2接通，電流流過(guò)電感器，儲(chǔ)存能量。當(dāng)M2關(guān)閉時(shí)，能量被釋放，電流流過(guò)D2、負(fù)載，然后返回到M1體二極管，再返回到電源。
需要注意的是這兩個(gè)MOS場(chǎng)效應(yīng)晶體管的驅(qū)動(dòng)是同步的。各部分是否構(gòu)成一個(gè)活動(dòng)的Boost或作為當(dāng)前返回的路徑并不重要。在任何情況下電流都是從高電壓流向低電壓。
Fig.5
PFC功能需要控制從電源中抽出的電流，并像輸入電壓波形（正玄波）那樣調(diào)節(jié)它。要做到這一點(diǎn)，必須檢測(cè)電流并將其信號(hào)輸入控制電路。在平均電流模式的傳統(tǒng)升壓拓?fù)渲校覀儥z測(cè)到的是整流電流而不是交流輸入電流。這可以通過(guò)一個(gè)簡(jiǎn)單的檢測(cè)電阻的電流來(lái)實(shí)現(xiàn)，如上圖Fig.5
上圖Fig.5a電流檢測(cè)的這種設(shè)計(jì)屬于消極的信號(hào)處理。這種類型的電阻電流感很容易在中等功率應(yīng)用中實(shí)現(xiàn)。但大功率PFC電路需要使用磁電流互感器提高效率如圖Fig.5b所示。
在無(wú)橋PFC配置中因?yàn)檩斎胝鳂蚴遣荒苡玫模?dāng)前不斷變化的方向和一個(gè)簡(jiǎn)單的電阻檢測(cè)電流的復(fù)雜性增加。此外，在高功率應(yīng)用中，電阻可能消耗過(guò)多的功率。在這種情況下，用電流互感器進(jìn)行電流檢測(cè)是首選的方法，如圖Fig.5b所示。
電流互感器鐵芯通常是高磁導(dǎo)率鐵氧體（環(huán)形或小鐵心組）。變壓器的主要部件是單匝導(dǎo)線穿過(guò)鐵芯。次級(jí)通常由50到100匝組成。
這種類型的感應(yīng)變壓器不能在低頻段工作，因此，它必須連接在高頻開(kāi)關(guān)電流的地方。必須允許磁芯復(fù)位。這通常是通過(guò)使用二極管完成的。為了再現(xiàn)升壓拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)電感的電流，必須要兩個(gè)感應(yīng)變壓器（一個(gè)檢測(cè)Ton時(shí)電感電流，另一個(gè)檢測(cè)Toff時(shí)電感電流），簡(jiǎn)化的示意圖如圖Fig.5b所示。
當(dāng)此互感器解決方案應(yīng)用于無(wú)橋拓?fù)鋾r(shí)，如圖Fig.5b，不再有效。必須再做修改，如下闡述：
圖6
該電路比傳統(tǒng)升壓拓?fù)淝闆r更加復(fù)雜因?yàn)槲覀冞@里有兩個(gè)雙PowerMOS（M1、M2）和二極管（D1，D2）。
有必要感電流斬波的（PowerMOS +二極管）部分和總的信號(hào)被應(yīng)用到的。
檢測(cè)二極管的電流可以簡(jiǎn)單地通過(guò)放置一個(gè)磁傳感器在共陰極做（圖Fig.6中的L2）。
對(duì)于電路的MOS部分，復(fù)雜性增加，因?yàn)樵诎胫芷谥校?dāng)一個(gè)MOS導(dǎo)通時(shí)，另一個(gè)必須處理回流到主電源的電流。使用傳感器的結(jié)構(gòu)如圖Fig.6所示，可以在不過(guò)分復(fù)雜的情況下解決問(wèn)題。
由于兩個(gè)繞組的耦合不能允許L1的退磁，所以使用輔助晶體管Q1來(lái)在關(guān)斷期間打開(kāi)電路。Q1可以是一個(gè)小信號(hào)晶體管，因?yàn)樗拈_(kāi)關(guān)電流很低，這是因?yàn)樽儔浩鞔渭?jí)有大量的匝數(shù)。為了實(shí)現(xiàn)電流互感，這里采用了一種高磁導(dǎo)率環(huán)形鐵心（UR＝5000）。次級(jí)有50匝，以減少二次電流，但不需要更多的匝數(shù)。
PFC電路不僅需要檢測(cè)電流波形，還需要檢測(cè)輸入電壓波形提供給控制器內(nèi)部乘法器，輸入電壓檢測(cè)電路如下：
圖7A，B
它是基于以下考慮：有用的信號(hào)（幾十赫茲）的頻率，遠(yuǎn)低于開(kāi)關(guān)頻率（幾十千赫）。低頻的升壓電感表現(xiàn)出短路的特性。
由于MOS源極接地（通過(guò)體二極管），所得到的等效電路如圖7b。
電壓（來(lái)自電感）和流入Iac引腳的電流之間的關(guān)系是：
該極點(diǎn)必須位于一個(gè)足夠高的頻率上，以便不會(huì)使輸入波形失真，同時(shí)又足夠低以過(guò)濾開(kāi)關(guān)頻率。
在這個(gè)應(yīng)用中，等效電阻已經(jīng)被選定
Req=324K，非常適合當(dāng)前的設(shè)計(jì)。
由此算出R1是300K和R2是12K
實(shí)現(xiàn)實(shí)際應(yīng)用中可按下圖8所示，這種方式的電感提高了共模抑制比，避免了MOS場(chǎng)效應(yīng)晶體管漏極電容差異的影響。為了簡(jiǎn)化模型，假設(shè)一個(gè)近乎一致的耦合系數(shù)和等效電路是在圖8所示。
圖8
同一磁芯上給定電感所需的匝數(shù)與一個(gè)繞組或兩個(gè)繞組的匝數(shù)相同。唯一的區(qū)別是繞組被分成兩個(gè)部分。為簡(jiǎn)便起見(jiàn)，我們可以使用標(biāo)準(zhǔn)電感器磁芯尺寸、匝數(shù)和銅線尺寸相同的標(biāo)準(zhǔn)來(lái)設(shè)計(jì)電感器。
磁芯的大小，可以采用“AP法”來(lái)計(jì)算。什么是AP法？篇幅有限，這里就不詳細(xì)解釋，需要詳細(xì)了解的朋友可以留下郵箱，我單獨(dú)發(fā)給您們。
下圖為一個(gè)600W無(wú)橋PFC實(shí)例：
依據(jù)上文可以做出一個(gè)無(wú)橋PFC線路，但是電源適配器做認(rèn)證（如CE認(rèn)證、UL認(rèn)證）需要測(cè)試EMI，如下圖所示為EMI測(cè)試中的一項(xiàng) ------- 傳導(dǎo)干擾：
從圖2中可以看出，此種架構(gòu)是浮地，浮地有什么影響？？？浮地會(huì)導(dǎo)致EMI特別難處理，先寫到這里，空點(diǎn)在與大家分享加兩個(gè)二極管做成的實(shí)地型無(wú)橋PFC，EMI更好過(guò)，且仍然保留了無(wú)橋PFC高效率的特點(diǎn)。
電源已經(jīng)在調(diào)試中了，之前比較忙，我會(huì)慢慢把內(nèi)容跟新，包括設(shè)計(jì)時(shí)的一些想法、遇到的困難、各個(gè)波形等等，也請(qǐng)大神們多多指教
提前給大家看看我畫(huà)的板子，一共由三塊板子組成，包括一塊大板（放插件元器件及小部分貼片元件），兩塊小板（一塊為供電線路的貼片部分，另一塊為PFC、LLC、SR、CC/CV的控制部分）
下面是大板
下面是恒壓供電部分的貼片板
下面是PFC、LLC、SR、CC/CV的控制部分
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