图文详解离线开关电源(SMPS)方案,一看就懂

安森美 2024-04-17 19:02

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离线开关电源 (SMPS) 是根据终端负载将电网电源转换为直流电源的经典产品。通常,这种开关电源包含两个转换级,为了实现更高的效率,需要采用性能更好的电源开关或实施不同的控制策略。上篇我们介绍了系统用途、系统实现、系统描述、市场信息和趋势,本文将重点介绍不同的SMPS解决方案。


离线电源(桥式 PFC+反激式转换器)


离线电源(图腾柱PFC+LLC 谐振转换器)



PFC

▷单升压 PFC

  • 电路简单,易于控制

  • 物料单成本低,故障率低

  • 整流器造成的损耗不可避免

  • 尺寸适中,EMI 性能处于中等水平


▷交错式升压 PFC

  • 包含 2 个以上电源和无源元件

  • 开关采用 180/120 度异相控制

  • 整流器造成的损耗不可避免

  • 改善效率、减小纹波电流

  • 与单个大电感相比,电感总尺寸更小

  • 简单方便,可有效提高输出功率


▷图腾柱PFC

  • 减少电源开关数量

  • 控制方式比升压 PFC 复杂

  • 无桥结构可实现更佳效率和更高功率

  • 快速桥臂需要宽禁带

  • 导致辐射和浪涌电流问题

  • 非常适合对功率密度/效率有要求的高端 PSU


▷NCP1680 CrM图腾柱PFC 控制器

  • 恒定导通时间 CrM 和谷底开关频率折返功能

  • 交流电压监测和相位检测

  • 新颖的电流感测方案

  • 欠压锁定、热关断

  • 逐周期限流,无霍尔传感器

  • 目标应用 - 高功率密度 PSU


▷NCP1680的线路电压感测

在图腾柱拓扑中,交流线路电压相对于控制器接地浮空。这就需要采用差分测量技术来确定交流线路电压幅度。NCP1680 采用差分电压检测和整流功能来重建等于|VLVSNS1 - VLVSNS2|的波形。线路电压感测还将负责确定交流电压的极性(即正或负半线周期)以及其他重要功能:

a.交流电压频率监测

b.掉电保护特性

c.线路电压电平检测

d.交流过零驱动管理

线路电压感测配置




NCP1680 产品手册




NCP1680 技巧与诀窍




DC-DC 级

▷准谐振 (QR) 反激电路

  • 采用与经典反激电路相同的设计,成本低,结构简单

  • Isec=0A 后进行谷底切换以减少损耗

  • 漏感会引起危险的主电路电压尖峰,而 RCD 缓冲器可将其转换为热量

  • 针对低输出水平(<200W)

  • 需要消磁检测


▷有源箝位反激 (ACF) 电路

  • 使用附加箝位开关来提高效率并保护主开关

  • 回收漏感电流,而不是通过缓冲器来消耗相关能量

  • 通过箝位电容和漏感实现 零电压开关

  • 针对中等输出水平 (120W-240W)

  • 需要准确计算谐振电路参数


▷LLC

  • 通过谐振转换器拓宽软开关的范围,以提高效率

  • 初级侧 零电压开关、次级侧 零电流开关

  • 集成电感以节省空间

  • BOM 较简单,谐振储能电路设计和控制算法较复杂

  • 良好的 EMI 和输出纹波

  • 输出范围有限

  • 针对高输出水平(>240W)


▷反激式/LLC 同步整流

  • 用开关替换,节省导通损耗,提高效率

  • 准确的开关时序检测


▷NCP4390双通道 LLC 控制器

  • 恒定导通时间 CrM 和谷底开关频率折返功能

  • 交流电压监测和相位检测

  • 新颖的电流感测方案

  • 欠压锁定、热关断

  • 逐周期限流,无霍尔传感器

  • 目标应用 - 高功率密度 PSU

▷NCP4390 的双边沿跟踪

NCP4390 使用了一种双边沿跟踪方法,可以基于两个不同时间参考预测同步整流电流过零瞬间。该技术不仅大幅缩短了正常操作期间的死区时间,而且可以在任何瞬态和模式变化期间提供稳定的同步整流控制。

单引脚同步整流导通检测




NCP4390 产品手册




使用 NCP4390/NCV4390 的半桥 LLC 谐振转换器设计





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