交流开关电源直供高压直流的路在何方？

到，在交流230Vac和直流280Vdc输入下，整流桥上二极管承受的反向电压分别为323V和288V，高压直流输入下整流管可靠性更高。

图2 通道3：Vin=220Vac D1反向电压(100V/格)

图3通道3：Vin=270Vdc D1反向电压(100V/格)

2.3流经整流桥二极管的电流

交流输入的情况下，整流桥的每个二极管都只在半个周期内流过电流，在交流正半周时，电流流过二极管D2和D4；在交流负半周，电流流过D1和D3。假设采用一个通信电源的整流模块来模拟服务器，整流模块输出53.5V/50A，输入为220Vac时，假设模块的效率为。那么根据，可以计算出交流输入电流的有效值为

整流桥的峰值电流为

考虑40%的峰峰值纹波电流，那么流过整流桥的电流峰值为

整流桥上每个二极管的平均电流为

假设整流桥二极管的导通压降为1.1V，那么每个二极管的损耗为

整流桥的总损耗为

如果同样负载条件下采用270V的高压直流供电，那么电流只会流过D2、D4(或者D1、D3)，其电流为11A，有效值比交流220Vac输入下要小。

同样考虑40%峰峰值纹波电流，直流输入时整流桥的电流峰值为13.2A，远小于交流输入情况。

由于在直流输入时，电流只流过半边整流桥，因此，二极管的电流的平均值等于输入电力平均值，假定二极管导通压降仍为1.1V（实际根据二极管伏安特性曲线，高压直流下电流减少压降也会减少，那么导通压降还要低于1.1V），整流桥的总损耗为

因此，对于270V直流输入而言，整流桥二极管的电流不管是有效值、平均值还是峰值都要比220Vac下要小，能够提高其可靠性。虽然直流下两二极管的损耗增加了，但是整个整流桥的损耗仍是减小的，由于四个二极管在同一个封装里共用同一个散热片，那么在相同的散热能力下，同样能够提高其工作可靠性。

图4是交流输入时二极管D2电流和D1的反向电压在峰值处展开后的波形；图5是直流输入时二极管D2电流和D1的反向电压在展开后的波形。从图中可以看到，Vin=220Vac时，整流桥二极管最大电流为23.1A，而在直流下为14.3A，考虑测量误差，该结果与理论分析基本吻合。

图4 通道2：Vin=220Vac D2电流波形(10A/格)

图5通道3：Vin=270Vdc D2电流波形(10A/格)

2.4 PFC二极管的电流

在PFC电路中，开关管S1关断时，电感电流L3流过二极管D5，因此，只需要测量电感的电流即可以计算出二极管D5的电流大小，根据图1，输入电流经过整流桥整流后即等于电感L3的电流，不同之处在于交流输入时，输入电流是一个正弦波，而电感电流的波形为馒头波，其数值大小是一样的。

因此，根据前面的计算电感L3电流峰值为

下图中(a)为交流220Vac输入时电感L3电流及二极管D5的反向电压波形，(b)为为电感电流在波峰处的展开波形，从图中可以看到，在S1开通时，电感电流上升，二极管D5截止，此时电感电流不流过D5，S1关断时，电感电流下降，此时二极管导通，电感电流流过D5。

此时，流过二极管的平均电流可根据下式计算得到，其中Duty()为PFC电路中开关管的交流输入不同瞬时值下的占空比

根据上式可以得到，在220Vac输入时，整流模块53.5V/50A输出时，二极管D5的平均值为7.234A。

(a)

(b)

图7 Vin=220Vac时，L3电流和D5反向电压波形

同理，在直流输入时，电感电流同样等于整流二极管的电流，根据前面整流二极管电流的计算，电感电流的最大值为13.2A，因此，二极管D5的峰值电流要比交流输入时小很多。图8是直流输入时候，电感L3电流和二极管D5反向电压波形。

图8 Vin=270Vdc时，L3电流和D5反向电压波形

同样可以计算直流270V输入时候二极管D5上平均电流，此时电感电流是一个直流量，开关管占空比是一个常数，计算结果为7.15A。

从上面的数据来看，交、直流输入时候PFC二极管D5的平均电流差异不大，而直流输入时D5的峰值电流较小。

2.5 母线电容电压和电流纹波

在交流输入时，由于需要经过整流二极管整流，整流过后的直流电压会存在100Hz的低频分量，虽然经过PFC电容升压，但并不能完全消除这个纹波，因此，母线电容电压必然存在100Hz的纹波，这会增大流过母线电容的纹波电流，从而影响母线电容寿命；而在直流输入时，电容上纹波电压和纹波电流则不存在100Hz的低频分量。下图是实测结果：

(a)交流220Vac输入

(b)直流270Vdc输入

图9交流

和直流输入时母线电容电压和电流纹波 (电压20/格,电流10A/格)

从上图中可看到，交流输入时母线电容C4上的电压纹波47.6V，明显要大于直流输入情况下的17V，并且流经电容的纹波电流有效值为3.76A，比直流输入时的2.56A要大，这将会缩短电解电容的寿命。

2.6 软启动电阻电压

服务器在启动的时候，需要先通过软启动电阻给母线电容充电，当母线电压达