一种无APFC的低成本全电压设计思路

本文提出一种解决全电压的大功率电源方案，采用自动倍压方式，对输入电压进行实时检测，并根据电压等级确定是否进行倍压处理，以满足全电压自适应要求。

同时结合过零检测电路，可实现在无NTC-负温度系数电阻状态下的零压零流启动，有效扼制浪涌电流，提高系统可靠性和耐用性。此外，能满足“能源之星”的待机功耗要求，增强了技术竞争力的同时，可满足了节能环保的要求。

1.引言

相对于传统线性电源，开关电源拥有体积小、重量轻、效率高等方生俱来的优势。因此近些年，研究开关电源的人越来越多，相应的技术也层出不穷。研究成本低廉、性能可靠、兼容性强的开关电源成为众多电源设计工程师不断努力的目标。本文针对大功率开关电源提出一种无APFC的低成本全电压设计方案，该方案使用自动倍压方式有效减小火牛直流输入电压的范围，从而大大降低电源成本。

2.全压电源

统计全世界交流电压，可以将电压分为：

日本为代表的100V，美国为代表的120V，墨西哥为代表的127V，中国为代表的220V，欧洲多为230V，澳大利亚240V.因此，世界各国电压分布在100V-127V和220V-240V两个电压段。即若能满足这两个电压段要求的开关电源，即可认为是全电压开关电源。实现全压的开关电源目前大致可分为：普通无级式、APFC无级式、自动倍压式。

2.1 普通无级式

普通无极开关电源在小功率开关电源中应用非常广泛。在小于300W的小功率段，设计者通常在兼顾结构和成本的前提下，采用100-240V的全段电压方案。虽然结构简单，但对功率器件(如：火牛、开关管、整流管)则提出了较高要求。由于在一定范围器件参数的提高对于价格并无太大影响，使得在小功率段具备相当的性价比的。随着功率上升，电源对各部分的功率器件提出了新的要求，这个要求在价格上和技术上都有较大的困难。

2.2 APFC无级式

APFC是主动式PFC，使用专用PFC控制器。

电路功率元件由标准的boost电路组成，通过电压和电流的双重反馈，其中电压位于外环，而电流位于内环。因此，APFC在保证输出端恒定电压的同时，使得电流的波形为正弦波。

APFC带来的好处也是显而易见：

①较大的提高功率因数;

②可以兼容输入100-240V全段电压;

③EMC方面有很好的改善。

不足之处：

①体积和重量有所增大;

②电源成本大概有百分之五十的上升。

2.3 自动倍压式

鉴于手动操作的种种弊端，以及世界各国电压规律，自动倍压式在手动倍压式基础加以改进，实现了低电压国家输入电压的自动切换。自动倍压开关可以采用继电器、MOSFET、IGBT、可控硅。由于该设计应用在50-60Hz的工频条件下，考虑过零要求，以及生产成本。

选用可控硅作为开关切换器件。可控硅在成本上有着极大的优势，而响应速度又能满足要求。

3.系统结构及原理

电源基本指标：额定输出1200W，峰值功率2400W;输入电压可AC100-127V和220-240V;输出电压为DC160V.系统满足全球电压兼容的同时，兼具备低于0.3瓦的超低待机功耗能力。

3.1 系统结构

整机系统可分为主电源部分用来给功放部分提供电力。辅助电源提供初级控制电路和次级控制电路使用。控制器用来实现自动电压识别及倍压功能，同时结合MCU 《http://ic.big-bit.com/search_MCU_1_1.html》实现遥控唤醒系统功能。AC转DC的整流部分，辅助电源与主电源设计成独立供电方式。在待机模式中辅助电源脱离主电源整流部分，这样为低待机功耗提供了硬件基础。

3.2 主电源

3.2.1 主电源设计

主电源采用移相全桥拓扑。全桥电路易于实现大功率的输出，而移相全桥作为全桥电路的改良版本，在整机效率方面更具备优势。桥式电路中串入谐振电感，谐振电感与MOS管的寄生输出电容Coss之间谐振。从而在MOS管开启之间使得DS端电压为零，实现零压开启。因为实现了MOS管的零压开启，降低了驱动电路以及MOS管Qg常数的要求，使得器件成本也随之降低。使用双象可控硅作为倍压开关。单向可控硅可断开整个主电源的供电。当可控硅完全断开时，整个主电源电路上所有器件均无电流环路，除去可控硅本身极小的漏电流，主电路无功耗损失。

3.2.2 倍压结构和原理

倍压方式与手动倍压原理一致，当交流电压处于1、2象限时，电流流向为(红色轨迹)：AC+ -》 D1 -》 CAP1 -》 K -》 AC-，电源给给电容CAP1充电，其电压将达到交流峰值;当交流电压处于3、4象限时，电流流向为(绿色轨迹)：AC- -》 K -》 CAP2 -》 D4 -》 AC+.，电源给电容CAP2充电，其电压也将达到交流峰值。因此，整流后的电压将会双倍于开关断开状态的电压。

AC输入电压为AC100V-127V和AC