采用双管正激的高效率大功率适配器
电脑电源主动式PFC和被动式PFC的区别有哪些？差别大吗？
电脑电源主动式PFC和被动式PFC的区别有哪些？差别⼤吗？电源作为电脑主机⾥的关注度最少，但却是最重要的硬件通常会被玩家忽视。
⼀般玩家选购电源只看功率⼤⼩，其实电源作为整台电脑的电⼒输出，所有电脑硬件都需要电源的⽀持，只看功率⼤⼩是远远不够的。
选购电源是很有讲究的，其中涉及到很多专业知识，很多消费者如果弄不明⽩其中的道理，也⽐较容易上当受骗。
从今天起⼩编会不定期给⼤家科普电源常⽤的专⽤名词和特性，让⼤家从⼩⽩变成⼤神，在⾯对⽆良商家的时候也能有⼤战三百回合的资本。
相信⽤过电源的⼈都听过PFC这个词，PFC的英⽂全称为“Power Factor Correction”，意思是“功率因数校正”，功率因数指的是有效功率与总耗电量之间的关系，也就是有效功率除以总耗电量的⽐值。
基本上功率因数可以衡量电⼒被有效利⽤的程度，当功率因数值越⼤，代表其电⼒利⽤率越⾼。
⽬前的PFC有两种，分为被动式PFC和主动式PFC。
电源内部结构主动式PFC和被动式PFC在设计上就有很⼤的区别。
被动式PFC通常为⼀块体积较⼤的电感，外部缠绕很多铜线，原理是采⽤电感补偿⽅法通过使交流输⼊的基波电流与电压之间相位差减⼩来提⾼功率因数。
（是不是专业术语太多了？）被动式PFC设计被动式PFC的功率因数不是很⾼，只能达到0.7~0.8，因此其效率也⽐较低，发热量也⽐较⼤。
被动式PFC也并⾮⼀⽆是处，其结构简单，稳定性上表现好，最⼤的特点——低成本，⽐较适合中低端电源。
主动式PFC设计主动式PFC电路是由电感线圈、滤波电容、开关管及控制IC等元件组成的⼀个升压电路，可以将输⼊电压提⾼、减少电流的电能损耗，从电路设计上就⽐被动式PFC复杂，⽽且在功率因数上也完爆被动式PFC，通常可达98%以上，但由于元件较多，设计复杂，所以成本也相对较⾼。
主动式PFC设计被动PFC对电路的要求⽐主动PFC要低，市⾯上⼤部分的被动PFC电源都是采⽤半桥拓扑+⼆极管元件构成，⽽主动PFC电源采⽤双管正激结构+⾼功率场效应管，优秀的架构设计与元件能让转换效率⼤幅提升。
双管正激开关电源的效率和功率因数
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3845双管正激开关工作原理
3845双管正激开关工作原理引言：3845双管正激开关是一种常用的电子元器件，广泛应用于电源管理、电机控制、逆变器等领域。
本文将从其工作原理、特点以及应用等方面进行详细介绍。
一、工作原理3845双管正激开关主要由比较器、SR锁存器、PWM波形发生器、误差放大器以及输出级等部分组成。
其工作原理如下：1.1 比较器比较器是3845双管正激开关的核心部分之一，它用于将参考电压和反馈电压进行比较，产生一个脉冲信号作为PWM波形发生器的输入。
1.2 SR锁存器SR锁存器用于将比较器输出的脉冲信号锁存，然后将其传递给PWM 波形发生器。
SR锁存器的输入端分别连接比较器的输出和复位端，通过控制复位端的高低电平，可以实现对锁存器的控制。
1.3 PWM波形发生器PWM波形发生器根据SR锁存器的输出信号产生一个周期为T的PWM 波形信号。
这个PWM波形信号的占空比由SR锁存器的输出信号决定，当输出信号为高电平时，占空比为0%，当输出信号为低电平时，占空比为100%。
1.4 误差放大器误差放大器用于将参考电压和反馈电压之间的误差放大，然后输出给比较器进行比较。
1.5 输出级输出级根据PWM波形发生器的输出信号控制开关管的导通和截止，从而实现对电源的调节和控制。
二、特点3845双管正激开关具有以下几个特点：2.1 宽输入电压范围3845双管正激开关可以适应较宽的输入电压范围，从几伏到几十伏都可以正常工作。
2.2 高效率由于采用了PWM调制技术，3845双管正激开关在工作时能够实现高效率的能量转换，从而减少能量的损耗。
2.3 稳定性好3845双管正激开关在工作过程中具有良好的稳定性，能够实现快速的响应和精确的电压调节。
2.4 多种保护功能3845双管正激开关内部集成了多种保护功能，如过温保护、过压保护、过流保护等，可以有效保护电路和负载的安全。
三、应用3845双管正激开关广泛应用于电源管理、电机控制、逆变器等领域。
3.1 电源管理在电源管理中，3845双管正激开关可以实现对电源输出电压的稳定调节和控制，保证电源的稳定性和可靠性。
双管正激开关电源的设计理念
双管正激开关电源的设计理念
双管正激开关电源是一种高效节能的电源设计，其设计理念包括以下几个方面：
1. 高效能：双管正激开关电源采用了双管拓扑结构，通过两个开关管之间的协同工作，有效地减小了功率开关管的损耗，从而提高了整体的转换效率。
这种设计能够使电源在保持稳定工作的同时，大幅度降低功率损耗，提高了能源利用率。
2. 稳定性：双管正激开关电源通过合理的电路设计和控制算法，能够保持输出电压的稳定性和精准性，有效地避免了电压波动和脉动等问题，保证了供电的稳定性和可靠性。
这种设计理念在工业控制、通信设备等对电源稳定性要求高的领域具有很大的应用潜力。
3. 节能环保：双管正激开关电源在设计中注重了节能环保的理念，通过高效的转换结构和控制算法，可以降低功耗，减少能源浪费。
同时，该设计还采用了环保材料和生产工艺，尽可能减少对环境的污染，符合可持续发展的要求。
4. 可靠性：双管正激开关电源在设计中考虑了系统的可靠性和稳定性，采用了多重保护机制和自动故障诊断功能，能够及时发现并处理电路中的故障，确保电源运行的安全可靠。
这种设计理念在需要长时间连续工作和高稳定性要求的应用场景中具有很大的优势。
总的来说，是以高效能、稳定性、节能环保和可靠性为核心，通过合理的电路结构和控制算法，充分发挥开关电源的优势，为各种应用领域提供稳定可靠的电力支持。
这种设计思路不仅满足了现代电子产品对电源性能的要求，还有助于提高整体能源利用效率，促进清洁能源的发展和利用。
双管准谐振反激技术用于一体机电脑电源的高效率实现
Vds _ max Vds _ on _ max Vspike 521 1 15% 600V
假如采用95%降额，开关管的耐压需要630V以上，考虑开机和其它异常条件下，需 要650~700V电压额定值的MOSFET，但是此种MOSFET的导通电阻往往较高，将产生较 高的导通损耗。另外，由于准谐振变换器工作在临界断续状态，峰值电流会更大，又导 致Vds尖峰更高，开关管的关断损耗会增加，还有更多的能量被RCD钳位电路消耗，效率 损失变严重了。结合实际经验，无论普通单管反激还是单管准谐振反激都不适于大功率 如150W以上的应用。 LLC 谐振变换器
谐振变换器的优点， 具有简单可靠， 高能效易生产的特点， 性价比高， 很好地满足了AIO 电源的要求。 单管准谐振反激变换器 图1 是当今流行又易于设计的单管反激变换器。由于其具有低的开通损耗，广泛应 用于小功率电源，主要应用功率范围是150W以下。图中开关管Q1的开通损耗是
PLoss _ switch _ on
V DS
1 V IN n VO VF 2
双管关断时的漏感和开关管的寄生输出电容之间产生谐振，谐振峰值电压由于续流 二级管D1、D2的导通而被钳位在VIN，大部分能量回收到输入电容。针对T2区间的能量 回收和VDS钳位，在此做进一步的描述分析(以下管Q2为例)。
图10是下管关断波形， 取其关断瞬 VIN 间及谐振结束后一小段时间分为四个 (VIN +n VO)/2 区间（t1,t2,t3,t4）
tON VGS VDS VDS_ON_MAX VIN
tOFF
tON VGS
tOFF
nVO
VDS VIN VDS_ON
nVO nVO
IP IPP
车载双管正激直流变换器的设计
车载双管正激直流变换器的设计姚伟;郑步生;洪峰【摘要】研究了一种适用于电动汽车的高效率双管正激直流变换器,在提出一种设计方案的基础上,重点对其控制电路,反馈回路、启动电路和变压器的关键参数等进行了详细分析设计.其中控制电路使用SG3525芯片,采用二型补偿对控制电路进行补偿.实验测试结果表明该变换器输出稳定,有较高的转换效率.%A dual-transistor forward DC converter suitable for electric vehicles is studied in this paper. On the basis of a design scheme, the control circuit, feedback loop, start circuit and relative parameters of the converter were analyzed and de-signed. Chip SG3525 is used in the control circuit. The type Ⅱ compensation is adopted to compensate the control circuit. The experimental and testing results show that the output of the converter is stable and the efficiency is remarkable.【期刊名称】《现代电子技术》【年(卷),期】2013(036)002【总页数】5页(P150-153,161)【关键词】双管正激;直流变换器;二型补偿;电动汽车【作者】姚伟;郑步生;洪峰【作者单位】南京航空航天大学,江苏南京210016;南京航空航天大学,江苏南京210016;南京航空航天大学,江苏南京210016【正文语种】中文【中图分类】TN964-34电动汽车作为一种新能源的交通工具，目前已经得到快速地发展。
车载双管正激直流变换器的设计
车载双管正激直流变换器的设计作者：姚伟郑步生洪峰来源：《现代电子技术》2013年第02期摘要：研究了一种适用于电动汽车的高效率双管正激直流变换器，在提出一种设计方案的基础上，重点对其控制电路，反馈回路、启动电路和变压器的关键参数等进行了详细分析设计。
其中控制电路使用SG3525芯片，采用二型补偿对控制电路进行补偿。
实验测试结果表明该变换器输出稳定，有较高的转换效率。
关键字：双管正激；直流变换器；二型补偿；电动汽车中图分类号：TN964⁃34 文献标识码：A 文章编号：1004⁃373X（2013）02⁃0150⁃04电动汽车作为一种新能源的交通工具，目前已经得到快速地发展。
电动汽车的能量一般由6节蓄电池串联组成的蓄电池组（电压72 V）进行供应，但电动汽车中的一些辅助电子设备，如汽车大灯、刹车尾灯、喇叭和雨刮器等的工作电压都是14 V，因此需要一只由72～14 V的直流变换器进行可靠的电压变换。
同时由于电动汽车内部的工作环境的限制，以及从节约能源角度考虑，该直流变换器必须有较高的转换效率。
根据一般电动汽车的实际工作需求，该设计的直流变换器采用了双管正激的拓扑结构，输出功率300 W，转换效率大于85%。
由于本设计中MOS管承受的电压应力小，变压器构造简单，不需要磁复位绕组，不会出现桥臂直通的问题[1]，因此设计简单、可靠性高。
1 系统结构组成车载双管正激直流变换器的结构图如图1所示。
系统由4个部分组成：功率电路，隔离反馈电路，PI补偿电路与PWM生成电路和驱动电路组成。
隔离反馈电路主要由光耦P521与精密稳压管TL431组成，把输出电压隔离后反馈给控制芯片。
PI补偿电路与PWM生成电路由芯片SG3525来实现其功能。
驱动电路用于把PWM信号分成两路独立的信号G1，G2，分别用于驱动MOS管VQ1，VQ2。
这四个部分构成了一个闭环系统，根据输出电压调节占空比，最终使输出电压稳定。
双管正激直流变换器工作在电流连续模式下的两个工作状态可用如下的简化电路来表示[2]（为了便于分析，忽略MOS管的导通电压、导通压降以及寄生电容，把变换器简化成两个工作状态：开关导通状态与开关闭合状态）：双管正激变换器工作过程为：MOS管导通时，初级侧电流流经上管VQ1，变压器初级，下管VQ2后返回电池组负极。
高效率双管正激变换器的研究
华中科技大学硕士学位论文高效率双管正激变换器的研究姓名：吴琼申请学位级别：硕士专业：电力电子与电力传动指导教师：熊蕊20070210摘要高功率密度、高可靠性和高稳定性是现代电力电子功率变换器不断追求的目标。
双管正激变换器作为一种主要的电力电子功率变换器，由于其开关电压应力低，具有内在抗桥臂直通的能力可靠性高等优点，使得它在通信电源、焊接电源、计算机电源等很多领域都得到了广泛的应用。
本文旨在不增加原主电路和控制电路复杂性的基础上，从变压器原边主开关管驱动方式和副边整流电路两个方面，对传统双管正激电路做出改进，提高电路的效率。
文章对改进后电路的工作过程及具体应用时遇到的问题做出了分析，给出了解决方案。
与传统电路相比，改进后的电路控制电路得到了简化，两个主开关管中的一个能够工作在零电流开通和零电流关断状态，同步整流电路克服了死区和轻载环路电流的影响，电路的整体性能得到了提高。
实验过程中利用峰值电流型PWM控制芯片UC2845，制作了一台15V/300W的样机，实验证明样机工作稳定，各种保护功能完备，改进后的双管正激电路较传统电路效率提高3～4个百分点，整机满载效率最高可达88％。
关键字：双管正激电压自驱动同步整流门极电荷保持环路电流AbstractHigh power density as well as high reliability has always been the goal to pursue in the field of modern electric power converters. As one kind of the modern electric power converters, two transistor forward converter has many attractive characteristics, such as low switch voltage stress, inherent anti-break-through capability, and high reliability. It becomes one of the most widely used topology in the industrial application, especially in the telecommunication energy systems, welding machines and computer power supply.Based on driven approach of main power switch in the primary side of the transformer and rectifier circuit, this paper aims at not increasing the complexity of the main circuit and control circuit of origin, to improve the traditional two transistor forward converter and enhance the efficiency of circuit. The paper made analysis of the process of improved circuit and the specific problems encountered by the application and gave the solutions of the pared with the traditional circuit, the control circuit of the improved converter has been modified to streamline, one of the two main switches can work in a ZCS state, synchronous rectifier circuit can overcome the dead zone and light load loop current, and the circuit's overall performance has been enhanced.Using the current mode PWM controller, a 15V/300W power system was developed during the experiment by the author. The experiment proved stable jobs of the system and simplifying control circuit (similar with the Forward circuit).The circuit improved 3-4 percentage points more efficient than traditional circuit, with the maximum efficiency of 88% of full load.Keywords: t wo transistor forward converter self voltage drivensynchronous rectification gate charge retentioncirculating current独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。
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高效率大功率适配器的研究
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更新于2007-07-30 02:39:02
适配器拓扑功率因数同步整流
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1 引言
随着技术的发展，电脑CPU的工作频率越来越高，其信息处理能力及各方面功能越来越强，这样就要求为之供电的适配器功率相应较大。
目前DELL等公司已为其生产销售的移动PC、笔记本电脑，向电源生产商提出了150W甚至200W适配器的供货要求。
对于如此大功率适配器，从安全角度考虑，要求适配器的密封性能要好；为便于携带，同时又希望适配器的体积小。
但这些要求却不利于适配器的散热（由于损耗所产生的热量），为此必须采用高效率、低损耗的解决方法。
针对下一代大功率笔记本电脑适配器，本文提出了一种高效率的拓扑结构，并分析研究了其电路工作原理，最后给出了电路参数的选取方法和实验结果。
2 工作原理
笔记本电脑适配器是一种高质量直流输出电源，一般要求它具有宽的交流输入电压范围:90V~264V，并且能够适应输入电压频率的波动：47Hz~63Hz。
对于输入功率大于75瓦的适配器，还要求其输入电流谐波满足IEC-1000-3-2 Class D标准，为此适配器须有功率因数校正（PFC）功能。
本文介绍的大功率150瓦笔记本电脑适配器，其输出电压：直流12V；电压调整率：£ ±5%；额定输出电流：12.5A。
为满足高功率密度及低成本等要求，经综合考虑，该适配器采用两级电路架构，如图1所示。
前级PFC 是升压Boost变换器结构，采用电流临界断续模式（DCMB ）控制；后级直流变换DC/DC部分采用双管正激变换器并对二次侧实行同步整流。
图1适配器的电路结构
2.1 功率因数校正（PFC）电路
由图1可知，交流输入电压Vi经整流桥CR1、输入滤波器L1、C1后，通过电感L2、开关S1、二极管D1组成的Boost 电路变换为直流母线输出电压VB。
图2 PFC电流临界断续模式控制原理时序
PFC工作原理时序[1]，如图2所示。
PFC输出电压VB的反馈信号与PFC控制芯片（如ST公司L6561）内部基准信号比较后，产生一电压误差信号；在误差放大器的带宽足够低时（如20Hz以下），该电压误差信号就是一个直流量；此信号和输入整流电压相乘后，得到PFC电感峰值电流基准信号（见图2）。
开关S1开通后，PFC电感电流iL2线形上升，达到峰值电流基准时，S1关断；随后iL2通过二极管D1续流，同时向电容C2充电，在电压VB的压迫下，iL2线形下降；当PFC控制芯片检测到电感电流iL2为零时，开关S1将再次开通，开始下一个开关周期。
电感电流iL2经输入滤波器L1、C1 滤波，得到连续光滑的正弦输入电流，即图2中所示的平均电流，其值为PFC电感峰值电流基准的一半。
由于开关S1是在电流iL2为零时开通的，故开关S1是零电流开通（ZCS）,因此PFC的开关损耗大为减少；另外由于S1开通时，二极管D1的电流已经为零，所以D1的反向恢复问题也得到解决，由反向恢复引起的损耗将不存在，D1用普通的二极管即可。
因控制简单，PFC可采用低成本的控制芯片。
由上分析可知，电流临界断续模式控制的PFC不仅变换效率高，而且还具有控制简单、成本低等优点。
2.2 双管正激DC/DC直流变换电路
为将较高的直流母线电压VB（约390V）变换成较低的适配器输出电压Vo（12V），DC/DC部分采用了双管正激直流变换器，它由开关管S2、S3、续流二极管D2、D3、变压器Tr、同步整流管S4、同步续流管S5、输出滤波器L o、Co构成（参看图1）。
变压器的作用是实现原、副边隔离及输入、输出电压匹配。
图3 双管正激直流变换器控制原理时序
双管正激直流变换器的控制原理时序，见图3所示（以滤波电感电流iLo连续为例）。
为分析方便，假定开关管S 2、S3的漏源电容为零，这样其漏源电压就能够瞬时变化。
其中Vgs2、Vgs3分别是S2、S3的控制信号，两者时序完全相同。
t0～t1：t0时刻，S2、S3同时开通，变压器Tr原边绕组EF的电压为VB，即VEF=VB，则副边电压VGH=VB*N2 /N1，输出滤波电感Lo中的电流iLo经电感Lo、电容Co（包括负载）、同步整流管S4、变压器副边绕组HG流通，电感Lo的前端电压VG=VGH=VB*N2/N1。
由于此时VG大于适配器输出电压Vo，故iLo从iLomin线形上升到iLoma x。
t1～t2：t1时刻，S2、S3同时关断，变压器原边绕组电流经二极管D2、D3续流，同时变压器进行磁复位，此时VEF=-VB，副边电压VGH=-VB*N2/N1，S2、S3的漏源电压VDS2= VDS3=VB；iLo经电感Lo、电容Co（包括负载）、同步续流管S5流通，Lo的前端电压VG=0。
由于VG小于输出电压Vo，故iLo从iLomax线形下降。
t2～t3：t2时刻，变压器原边绕组电流续流完毕且磁复位结束，S2、S3仍然关断，此时VEF=0，原边电压由开关S2、S3分担，即VDS2=VDS3=VB/2（假定S2、S3型号相同），这样开关S2、S3在下一次开通时的损耗就大大降低了。
副边电压VGH= 0，iLo经电感Lo、电容Co（包括负载）、同步续流管S5流通。
t3时刻，iLo线形下降至iLomi n后，S2、S3同时开通，开始下一个开关周期。
为提高效率，用开关管S4、S5代替二极管以减低二次侧的导通损耗。
同步整流管S4的导通时间和开关S2、S3的导通时间同步，同步续流管S5的导通时间和开关S2、S3的关断时间同步。
为保证变压器可靠复位，双管正激直流变换器的最大占空比应小于0.5。
3 参数选择和试验结果
3.1 参数选择
本文研制的150瓦笔记本电脑适配器，其中PFC控制芯片采用ST公司生产的L6561，其价格较低，外围控制电路所用元器件少；设定PFC的输出电压VB=390V（略大于最大输入电压的幅值）；PFC其他器件参数如下：共模滤波电感（图1中未画出）：LFZ2805V08；
差模滤波电感L1：73uH；PFC Boost电感L2：165uH；
全波整流桥CR1：RBV-406；二极管D1：8ETH06；
开关管S1：ST公司STP12NM50FP，12A/500V，Rds=0.30W(Typ)；
输入滤波电容C1：1uF/400V；直流母线输出滤波电容C2：100uF/400V。
双管正激直流变换器的控制芯片采用价格便宜的UC3845；考虑到负载动态响应要求及输出阻抗，设定满载时占空比为0.38；变压器原、副边匝比为N1:N2=56:5，选用philips公司生产的铁芯EFD30-3F3；其他器件参数如下：原边开关管S2、S3：STP12NM50FP；续流二极管D2、D3：MUR160；
副边开关管S4、S5：Fairchild公司FDP038AN06A0, 3.8mW/80A/60V；
输出滤波电容Co：Rubycon ZL series，1500uF/16V；
输出滤波电感Lo：20uH；开关频率：180k Hz。
3.2 试验结果
图4为Vi=90V时PFC满载输入电压及输入电流试验波形，可以看出输入电流波形的正弦性好，经测定功率因数P F值大于0.99；图5为双管正激直流变换器输出滤波电感前端电压VG、原边下管S3漏源电压VDS3的试验波形，由图可知在原边开关管S2、S3开通前，S3的漏源电压VDS3=VB/2。
由于S2、S3的漏源电容实际不为零，VDS3（以及VDS2）从VB下降到VB/2是通过其漏源电容和变压器激磁电感谐振来完成的，故VDS3下降（从VB到VB/2）需要一定的时间，并具有一定的斜率。
图4PFC满载90V时输入电压、输入电流试验波形图5DC/DC输出电感前端电压、原边下管漏源电压试验波形
图6为PFC在不同输入电压下的满载效率曲线（不包括控制损耗），该效率随输入电压的升高而升高，在90V时最低，但也高达95.08%；图7为 DC/DC变换器在不同输出负载时的效率曲线（不包括控制损耗），其150W满载时
效率高达96.04%；图8为不同输入电压下适配器的满载效率曲线（包括控制损耗），满载时适配器的整体效率超过9 0.80%，该效率曲线的特点也是随输入电压的升高而升高，在230V时可高达93.57%。
图6 不同输入电压下PFC满载效率曲线
图7DC/DC不同输出负载时的效率曲线
图8 不同输入电压下适配器的满载效率曲线
4 结论
本文研制的150瓦笔记本电脑适配器具有两级电路拓扑结构，前级PFC采用电流临界断续模式控制，后级DC/DC 部分采用双管正激变换器。
PFC和DC/DC各自独立，控制电路简单，成本相对低廉。
适配器的整体效率高，满载时超过90.80%。
实验结果表明该适配器具有高效率、高功率因数、及低成本等优点。
参考文献：
1、ST公司，“L6561,enhanced transition mode power factor corrector”（AN966）.
2、IEC 1000-3-2, First Edition 1995-03，International Electrotechnical Commission，3，Geneva，Switzerland.。