一種高效率的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的適配器的工作原理和實驗結(jié)果

隨著技術(shù)的發(fā)展，電腦CPU的工作頻率越來越高，其信息處理能力及各方面功能越來越強，這樣就要求為之供電的適配器功率相應(yīng)較大。目前DELL等公司已為其生產(chǎn)銷售的移動PC、筆記本電腦，向電源生產(chǎn)商提出了150W甚至200W適配器的供貨要求。對于如此大功率適配器，從安全角度考慮，要求適配器的密封性能要好；為便于攜帶，同時又希望適配器的體積小。但這些要求卻不利于適配器的散熱（由于損耗所產(chǎn)生的熱量），為此必須采用高效率、低損耗的解決方法。

針對下一代大功率筆記本電腦適配器，本文提出了一種高效率的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，并分析研究了其電路工作原理，最后給出了電路參數(shù)的選取方法和實驗結(jié)果。

2 工作原理

筆記本電腦適配器是一種高質(zhì)量直流輸出電源，一般要求它具有寬的交流輸入電壓范圍:90V~264V，并且能夠適應(yīng)輸入電壓頻率的波動：47Hz~63Hz。對于輸入功率大于75瓦的適配器，還要求其輸入電流諧波滿足IEC-1000-3-2 Class D標(biāo)準(zhǔn)，為此適配器須有功率因數(shù)校正（PFC）功能。

本文介紹的大功率150瓦筆記本電腦適配器，其輸出電壓：直流12V；電壓調(diào)整率：￡ ±5%；額定輸出電流：12.5A。為滿足高功率密度及低成本等要求，經(jīng)綜合考慮，該適配器采用兩級電路架構(gòu)，如圖1所示。前級PFC是升壓Boost變換器結(jié)構(gòu)，采用電流臨界斷續(xù)模式（DCMB ）控制；后級直流變換DC/DC部分采用雙管正激變換器并對二次側(cè)實行同步整流。

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圖1 前級PFC是升壓Boost變換器結(jié)構(gòu)

2.1 功率因數(shù)校正（PFC）電路

由圖1可知，交流輸入電壓Vi經(jīng)整流橋CR1、輸入濾波器L1、C1后，通過電感L2、開關(guān)S1、二極管D1組成的Boost 電路變換為直流母線輸出電壓VB。

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圖2 PFC電流臨界斷續(xù)模式控制原理時序

PFC工作原理時序[1]，如圖2所示。PFC輸出電壓VB的反饋信號與PFC控制芯片（如ST公司L6561）內(nèi)部基準(zhǔn)信號比較后，產(chǎn)生一電壓誤差信號；在誤差放大器的帶寬足夠低時（如20Hz以下），該電壓誤差信號就是一個直流量；此信號和輸入整流電壓相乘后，得到PFC電感峰值電流基準(zhǔn)信號（見圖2）。開關(guān)S1開通后，PFC電感電流iL2線形上升，達(dá)到峰值電流基準(zhǔn)時，S1關(guān)斷；隨后iL2通過二極管D1續(xù)流，同時向電容C2充電，在電壓VB的壓迫下，iL2線形下降；當(dāng)PFC控制芯片檢測到電感電流iL2為零時，開關(guān)S1將再次開通，開始下一個開關(guān)周期。電感電流iL2經(jīng)輸入濾波器L1、C1濾波，得到連續(xù)光滑的正弦輸入電流，即圖2中所示的平均電流，其值為PFC電感峰值電流基準(zhǔn)的一半。

由于開關(guān)S1是在電流iL2為零時開通的，故開關(guān)S1是零電流開通（ZCS）,因此PFC的開關(guān)損耗大為減少；另外由于S1開通時，二極管D1的電流已經(jīng)為零，所以D1的反向恢復(fù)問題也得到解決，由反向恢復(fù)引起的損耗將不存在， D1用普通的二極管即可。因控制簡單，PFC可采用低成本的控制芯片。

由上分析可知，電流臨界斷續(xù)模式控制的 PFC不僅變換效率高，而且還具有控制簡單、成本低等優(yōu)點。