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高功率因数低空载损耗

北极星电力网技术频道    作者:佚名   2007/12/26 21:49:07   

高功率因数低空载损耗AC/DC电源的研究滕妨华,张仲超(浙江大学电气工程学院,浙江杭州310027)摘要:介绍了一种宽输入、低空载损耗的90WAC/DC电源。电路由两级组成:以L6561为核心的功率因数校正(PFC);以L5991A为核心的DC/DC反激变换器。它的主要优点是轻载时通过L5991A的变频功能降低开关工作频率,减小开关损耗,并通过外部电路的设计关掉L6561的PFC功能,从而达到轻载时减少电路的功率损耗的目的。实验表明在空载时,整个电路的输入功率小于1W。
关键词:空载损耗;反激变换器;功率因数校正1引言
许多电器设备在没有工作时仍然带电,从AC插头接通的一刻起,他们就在不停地消耗电力,这就产生了“待机损耗”问题。一台电器的待机损耗一般只有几W,但大量电器的待机损耗总和就是一个不容忽略的数字。
另外,在轻载时减少电路的功耗已经成为当今电力电子技术发展的一个方向。本文采用的L5991A是ST公司最新的节能控制芯片。在轻载时,通过关断PFC功能,降低开关工作频率,以减少电路的损耗,这种设计可使轻载损耗在1W以内。
2基本工作原理
电路的总体框图如图1所示。为了减小输入电流的谐波,提高输入功率因数(PF),电路中采用了以L6561为控制芯片的功率因数校正(PFC)环节。PFC电路在88~265V的输入电压范围内,输出端都可以得到400V左右的稳定电压。
轻载变频控制原理图,如图2所示。L5991A芯片采用电流控制模式,电压检测端(脚6)的值Vcomp正比于开关的峰值电流,能量通过变压器传输,这样就可以通过检测Vcomp的值来确定负载的状况。如果负载变轻使得输出功率变小(电压不变),则开关的峰值电流随之减小,Vcomp的值减小到某个门坎电压VT1时,通过芯片内部功能(高频时芯片脚16处于高电平,与脚4导通,脚2与脚4之间的谐振电阻为RA、RB联;低频时芯片脚16处于低电平,与脚4断开,谐振电阻变成RA),使开关频率由fosc下降到fSB;如果负载加重,输出功率增大,则开关的峰值电流随之加大,Vcomp上升到另一门坎电压VT2时,通过内部功能开关频率就会上升到fosc。在负载正常和轻载时L5991A都能正常工作,VT1和VT2可以内部确定或者通过外部附加电路确定,fosc和fSB可以根据实际需要,设计恰当的电路参数确定。
满载工作时,由于脚16高电平,Q1断开,Q2导通,Q3关断(见图3),连接L6561零电流检测端的电压端为高电平,L6561正常工作;轻载时由于脚16低电平(与脚2一起谐振),Q1导通,Q2关断,Q3导通,连接L6561零电流检测端的电压端为低电平,L6561停止工作。这样就充分减少了待机损耗(轻载损耗)。

3参数设计
90W带功率因数校正的电源适配器主电路图参见图3,其主要电路参数如下:输入电压AC88~265V,频率50Hz;输出电压DC12V,输出最大功率90W,开关频率65kHz;轻载时开关频率20kHz,PFC停止工作。
1)谐振电阻、电容的设计
根据开关工作频率的设计,可以确定谐振电阻RA、RB,与谐振电容CT的值。开关频率fosc=65kHz,轻载时开关频率fSB=20kHz。

由式(1)、(2)可取RA=20kΩ,RB=10kΩ,CT=3.3nF。
2)反激变压器的设计
变压器的设计在减小功率损耗方面起着极为重要的作用。为减小变压器的漏感,采取“三明治”绕法。即先绕原边匝数的一半,再绕副边,最后再绕另一半原边,这样可以减少50%的漏感。
由于正常工作时的输出功率为90W,设计高频工作的最小输入功率PinSB=30W(即当输入功率小于30W时开关频率由65kHz变到20kHz),检测电阻Rs=0.28Ω,已知输出电压Vo=12V,开关工作频率fAosc=65kHz,这样就可以通过式(3)求得变压器的原边电感Lp=540μH。

式中:Pin=Po/η,Po=90W,取η=0.85。
正常情况下开关的导通时间

0.7V,从而可得变压器原副边的匝比n=10。
另外,由于漏感的存在,变压器原边的能量不能完全传送到[1][2]下一页

来源:中国电力资料网
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