深度解析AC-DC电源设计

图1. 12V、300W、小型通用 AC-DC电源。

对于300W-1kW范围的PFC转换器，应该考虑选择交错式临界传导模式(BCM) PFC，因为在相似的功率水平下，它的效率要高于连续传导模式(CCM) PFC控制技术。交错式BCM PFC基于一种可变频率控制算法，在这种算法中，两个PFC升压功率级彼此同步180度错相。由于具备有效的电感纹波电流消除，EMI滤波器和PFC输出电容中常见的高峰值电流得以减小。输出PFC大电容受益于纹波电流消除是因为流经等效串联电阻(ESR)的AC RMS电流减小。另外，由于升压MOSFET在依赖于AC线的零电压开关(ZVS)下关断，在零电流开关(ZCS)下导通，故可以进一步提高效率。对于350W的交错式BCM PFC设计，MOSFET散热器可去掉，如图1所示。另一方面，CCM PFC设计中使用的升压MOSFET则易受与频率相关的开关损耗的影响，而开关损耗与输入电流及线电压成比例。通过在零电流时关断交错式BCM升压二极管，可避免反向恢复损耗，从而允许使用成本低廉的快速恢复整流二极管，而且在某些情况下可以无需散热器。PFC转换器工作时的固有特点是：输出电压调节采用电压型PWM控制时9稳态占空比Du为常数(即导通时间Ton为常数)，输人电流接近于正弦波。因此，控制电路中无须乘法器和电流控制，就可以实现功率因数校正。

对于隔离式DC-DC转换器设计，半桥是一个很好的拓扑选择，因为它有两个互补驱动的初级端MOSFET，且最大漏源电压受限于所加的DC输入电压。LLC通过可变频率控制技术，利用与功率水平设计相关的寄生元素来实现ZVS。不过，由于经调节的DC输出只使用电容滤波，这种拓扑最适合的是输出纹波较低、输出电压较高的应用。

AHB主要用于高性能模块(如CPU、DMA和DSP等)之间的连接，作为SoC的片上系统总线，它包括以下一些特性：单个时钟边沿操作;非三态 的实现方式;支持突发传输;支持分段传输;支持多个主控制器;可配置32位~128位总线宽度;支持字节、半字节和字的传输。AHB 系统由主模块、从模块和基础结构 AHBInfrastructure)3部分组成，整个AHB总线上的传输都由主模块发出，由从模块负责回应。基础结构则由仲裁器、主模块到从模块的多路器、从模块到主模块的多路器、译码器(decoder)、虚拟从模块(dummy Slave)、虚拟主模块(dummy Master)所组成。

对于300W, 12V DC-DC转换器，AHB是一种高效的选择。由于初级电流滞后于变压器的初级电压，故可为两个初级MOSFET的ZVS提供必要条件。类似于LLC，利用AHB实现ZVS的能力也取决于对电路寄生元素的透彻了解，比如变压器漏电感、匝间电容和分立式器件的结电容。相比LLC控制中采用的可变频率控制方法，固定频率方案可以大大简化次级端自驱动同步整流(SR)的任务。自驱动SR的栅极驱动电压很容易由变压器次级端推算出来。增加一个低端MOSFET驱动器，比如图2所示的双路4A FAN3224驱动器，就可以精确给出通过MOSFST米勒平坦区的电平转换和高峰值驱动电流。