电源技能成长记
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500W级联式AC-DC模拟电源方案(PFC+LLC)
2023-02-27 19:31

500W级联式AC-DC模拟电源方案(PFC+LLC)

LLC谐振变换器具有软开关、易于磁集成、高密度、低EMI和高效率等优势,已在工业界得到了广泛的应用。这里分享一个常用的PFC+LLC级联式电源方案,原理框图如图1所示。市电(185~240V)输入,由EMI滤波器进行滤波,再经过整流桥整流为直流电,通过对输入电压和开关管电流采样,实现电流与电流同相位调制,提高输入侧功率因数。Boost PFC电路将输入的交流电经整流和升压变为400V直流电。半桥LLC谐振电路功率级包括:开关网络、谐振腔、变压器和全波整流四部分。开关网络将直流电转换为占空比为0.5的方波电压,谐振腔滤除电流的高次谐波,谐振电流为正弦波。方波电压经高频变压器变换为低压方波信号,由全波整流电路整流为直流电源,最后,接至直流电子负载。电源采用电压单闭环控制,电压采样电路对输出电压采样,由PI调节器连接到控制器反馈引脚。电流采样电路对谐振腔电流采样,电流信号接至控制器过流保护引脚。PI输出信号由UCC25600电源控制器中的压控振荡器(Voltage-Controlled Oscillator, VCO)转换为频率信号用于开关管驱动,驱动采用变压器隔离,连接到开关管门极。LLC变换器是通过改变工作频率的方式,调节谐振腔阻抗,实现电压稳定输出。

图1 级联式AC-DC电源架构(PFC+LLC)

前级Boost PFC硬件参考电路如图2所示。

(a) PFC功率级电路

(b) NCP1654控制电路

LLC谐振变换器参考电路。

(c) 功率回路电气图

(d) 驱动电路

(e)  辅助供电

图2 级联式AC-DC硬件电路(PFC+LLC)

样机调试波形

前级PFC输入电压、电流波形如图3所示。

(a) 轻载                                                       (b) 重载

图3  交流输入波形

图3中,iin为电流波形;Vin为电压波形

后级LLC变换器工作波形如图4所示。

(a) 半桥上管工作波形                         (b) 二极管工作波形

(c) 猝发模式                                   (d) 输出纹波

图4  LLC变换器工作波形

图4中,a图中vds为MOS管漏源电压波形,vgs为MOS管门极驱动波形,ir为谐振电流波形。b图中vd为整流二极管两端电压,id为流过二极管的电流波形。

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