工業(yè)ACDC電源實(shí)現(xiàn)高效率和高可靠性的三個(gè)考慮因素

1.前言

工業(yè)電源需要在廣泛的工作條件下高效、可靠和靈活。第一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)之一是效率。低散熱導(dǎo)致更高的效率，這使系統(tǒng)能夠放棄風(fēng)扇并使用自然冷卻方法令人滿意地運(yùn)行。這有助于實(shí)現(xiàn)高系統(tǒng)效率和可靠性，同時(shí)降低系統(tǒng)成本。

實(shí)現(xiàn)可靠性和靈活性的附加因素是具有恒流 (CC)/恒壓 (CV) 模式和過(guò)載能力的寬輸出范圍，可以滿足更多負(fù)載類型和運(yùn)行條件，無(wú)需復(fù)雜的電路和額外成本。即使在特殊的過(guò)載情況下，具有過(guò)載能力的電源也能在不發(fā)生故障的情況下提供足夠的功率，進(jìn)一步增強(qiáng)了電源和負(fù)載的安全性。

在本博客中，我將討論設(shè)計(jì)工業(yè) AC/DC 電源時(shí)的三個(gè)重要考慮因素——實(shí)現(xiàn)高效率、寬輸出范圍以及 CC/CV 環(huán)路和過(guò)載能力。
2.高效率
由于有很多可用選項(xiàng)，因此在嘗試在其工作范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)電路的高效率時(shí)，拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和控制器的選擇至關(guān)重要。

過(guò)渡模式功率因數(shù)校正 (PFC) 具有降低開關(guān)損耗的優(yōu)勢(shì)，因?yàn)榻饘傺趸锇雽?dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管和整流二極管在所有工作條件下都具有零電流開關(guān) (ZCS)。ZCS軟開關(guān)可以消除整流二極管的反向恢復(fù)。TI 的 UCC28056 PFC 控制器還具有谷值同步開啟功能，可進(jìn)一步降低開關(guān)損耗。

對(duì)于 DC/DC 級(jí)，電感-電感-電容 (LLC) 拓?fù)涫鞘走x，因?yàn)樗哂熊涢_關(guān)特性；TI UCC256301 LLC 控制器還具有提供效率優(yōu)勢(shì)的控制技術(shù)。

基于這些拓?fù)浜涂刂破鳎?230 VAC 下實(shí)現(xiàn)超過(guò) 94% 的峰值效率和超過(guò) 92.5% 的峰值效率115 VAC，使系統(tǒng)無(wú)需強(qiáng)制冷卻即可工作。此外，該設(shè)計(jì)使用帶有控制器的 UCC24624 輸出同步整流器來(lái)降低輸出整流器損耗并提高整體高效運(yùn)行能力。圖 1 顯示了參考設(shè)計(jì)的效率曲線。

圖 1：工業(yè) AC/DC 電源參考設(shè)計(jì)的效率曲線

3.具有 CC/CV 環(huán)路的寬輸出范圍
寬且可調(diào)的輸出電壓使該設(shè)計(jì)適用于許多不同的工業(yè)應(yīng)用，這些應(yīng)用旨在具有更長(zhǎng)的使用壽命的靈活、通用和自適應(yīng)性。通過(guò)改變可變電阻器可以根據(jù)不同的負(fù)載情況調(diào)整輸出電壓。通過(guò) CC 環(huán)路和 CV 環(huán)路，該設(shè)計(jì)還可以適應(yīng)電池充電器應(yīng)用和 LED 應(yīng)用。當(dāng)充電器工作在CC模式時(shí)，輸出電壓隨著電池電壓的升高而逐漸升高。電池電壓的范圍很寬，所以電池充電器必須滿足這個(gè)條件。LED 應(yīng)用的輸出條件類似。輸出電壓隨 LED 數(shù)量不同而變化。
為了實(shí)現(xiàn)較寬的輸出范圍，LLC 的諧振回路計(jì)算至關(guān)重要；我們需要確保電路在最大輸出和最小輸入條件下不會(huì)進(jìn)入電容區(qū)域。我們還需要在諧振頻率附近選擇合適的頻率區(qū)域，以便在較寬的工作范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn) LLC 的高效率。我們可以使用我們的 TL103W 運(yùn)算放大器實(shí)現(xiàn) CV/CC 反饋，它集成了雙運(yùn)算放大器和內(nèi)部參考電壓，如圖 2 所示。

圖 2：工業(yè) AC/DC 電源參考設(shè)計(jì)框圖

4.過(guò)載能力
短時(shí)過(guò)載能力是常見(jiàn)的工業(yè)電源設(shè)計(jì)要求。過(guò)載能力可以使系統(tǒng)在某些過(guò)載條件下運(yùn)行而不會(huì)發(fā)生故障。我們的參考設(shè)計(jì)可以在三秒鐘內(nèi)提供 1.6 倍的額定負(fù)載。

為了達(dá)到過(guò)載能力，需要根據(jù)最大負(fù)載計(jì)算PFC電感；否則，它無(wú)法提供必要的功率。此外，LLC 的諧振回路參數(shù)需要防止系統(tǒng)在最壞的工作條件下以最大輸出功率進(jìn)入容性區(qū)域。在容性區(qū)域工作可能會(huì)對(duì)初級(jí)開關(guān)造成嚴(yán)重?fù)p壞，因此 UCC256301 具有 ZCS 避免功能，可以防止系統(tǒng)進(jìn)入容性區(qū)域。圖 3 顯示了參考設(shè)計(jì)的短時(shí)過(guò)載能力。

圖3：工業(yè)AC/DC電源參考設(shè)計(jì)的短時(shí)過(guò)載能力

5.結(jié)論
總體而言，該參考設(shè)計(jì)有助于實(shí)現(xiàn)工業(yè)電源的高效率和可靠性。借助我們的控制器和使用的拓?fù)?，該設(shè)計(jì)可以幫助我們?cè)谠S多工業(yè)應(yīng)用中獲得關(guān)鍵優(yōu)勢(shì)。