通过选择拓扑提高工业AC/DC电源的可靠性

提高电源可靠性的关键在于降低功率元件的热、电压和电流应力，这主要是输入电压和所需功率的函数。不过，您可选择有助于减轻这些应力的拓扑。

同样，虽然热应力是额定功率的函数，但电源效率也起着重要作用。因此，在追求可靠性的过程中，探索提供高效率的拓扑结构和威廉希尔官方网站 元件极其重要。

在我们的94.5％效率、500 W工业AC / DC参考设计中，前端功率因数校正（PFC）级是交错式过渡模式升压拓扑，尽管单级连续导通模式（CCM）升压拓扑结构是也是一个可行选择。拓扑选择主要是出于器件压力的考虑；交错式拓扑，因两级并联工作，将功率元件（升压电感、开关金属氧化物半导体场效应晶体管[MOSFET]和整流二极管）中的电流应力降低了两倍。

因导通应力显著降低，过渡模式PFC在降低开关应力方面具有优势。当输入电压低于输出电压的一半时，过滤模式下的电压切换为零；即使输入电压较高，电压切换水平也会显著降低。在所有条件下，MOSFET和整流器都有零电流开关（ZCS）。ZCS操作导致整流二极管中的反向恢复几乎消除，这也有助于减小应力并降低电磁干扰（EMI）。虽然减少EMI不能提供直接的可靠性优势，但EMI滤波器元件数量的减少以及敏感威廉希尔官方网站 段噪声拾取的可能性降低可间接地有助于提高整个电源的可靠性。

考虑热应力时，交错的过渡模式升压拓扑再次比CCM拓扑更有利。在交错过渡模式拓扑中，组件在较低温度下运行；与CCM拓扑相比，更多组件共享几乎相同的功率损耗。在温度降低条件下操作对电源可靠性具有相当大的影响，尤其是在没有强制通风设备的系统中。

此外，交错操作大大降低了输入和输出电容器中的纹波电流。这是一个重要的考虑因素，特别是铝电解型输出电容器，它是决定整体电源可靠性的最薄弱环节之一。在PFC应用中，纹波电流是决定输出电容器寿命（由于尺寸、成本和可用性原因而电压额定值被限制为450V/500 V）的最重要因素。应该看到纹波电流的降低不仅是对规格的降额，而且更显著的是由于功耗降低导致的温度降低。

对于DC/DC级，电感-电感-电容（LLC）拓扑结构是首选，因为它具有降低的开关应力，尽管它确实会增加电流应力。在略高于谐振频率的满载下工作可最大限度地减小电流应力的增加，同时避免由于ZCS关断而导致的输出同步MOSFET体二极管反向恢复。

该设计实现了接近95%的效率，而不会增加太多复杂性。PFC级效率在230 V时高于98%，在115 V时高于96.5%.LLC级的效率高于96.5%。拓扑和组件选择是影响此性能的因素。

另一个需要考虑的重点是威廉希尔官方网站 在其工作范围内的效率：在其使用寿命期间，它可能并不总是在满载或接近满载的情况下运行。因此，在广泛的操作区域内实现良好的效率非常重要。这就是为PFC和LLC功率级选择控制器变得至关重要之处。

本设计中使用的两个控制器(用于PFC的UCC28064A和用于LLC的UCC256301) 具有在宽工作范围内提供效率优势的控制技术，如图2所示。此外，本设计中使用的UCC24612，同步整流器控制器和驱动器，通过实现近乎理想的二极管仿真来降低输出整流器损耗，并间接降低初级侧损耗。这些控制器设备对提高整体可靠性的贡献并非无关紧要。

在工业电源应用中，您必须选择可以减少组件压力的拓扑。交错的过渡模式升压拓扑和LLC拓扑是比其他拓扑更好的选择，因为可减少组件压力。拓扑选择应考虑将功率损耗分配给更多组件，且提高效率非常重要，因为热应力与其直接相关。

审核编辑：郭婷