一種無APFC的全壓開關電源設計方案

　　作者：楚俊

　　本文提出一種解決全電壓的大功率電源方案，採用自動倍壓方式，對輸入電壓進行實時檢測，並根據電壓等級確定是否進行倍壓處理，以滿足全電壓自適應要求。同時結合過零檢測電路，可實現在無NTC-負溫度係數電阻狀態下的零壓零流啟動，有效扼制浪湧電流，提高系統可靠性和耐用性。此外，能滿足「能源之星」的待機功耗要求，增強了技術競爭力的同時，可滿足了節能環保的要求。低成本、易實現、功能強、節能環保的特點，使得該方案具備較強的商用性。

　　1.引言

　　相對於傳統線性電源，開關電源擁有體積小、重量輕、效率高等方生俱來的優勢。因此近些年，研究開關電源的人越來越多，相應的技術也層出不窮。研究成本低廉、性能可靠、兼容性強的開關電源成為眾多電源設計工程師不斷努力的目標。本文針對大功率開關電源提出一種無APFC的低成本全電壓設計方案，該方案使用自動倍壓方式有效減小火牛直流輸入電壓的範圍，從而大大降低電源成本。

　　2.全壓電源

　　統計全世界交流電壓，可以將電壓分為：

　　日本為代表的100V,美國為代表的120V,墨西哥為代表的127V,中國為代表的220V,歐洲多為230V,澳大利亞240V.因此，世界各國電壓分布在100V-127V和220V-240V兩個電壓段。即若能滿足這兩個電壓段要求的開關電源，即可認為是全電壓開關電源。實現全壓的開關電源目前大致可分為：普通無級式、APFC無級式、自動倍壓式。

　　2.1 普通無級式

　　普通無極開關電源在小功率開關電源中應用非常廣泛。在小於300W的小功率段，設計者通常在兼顧結構和成本的前提下，採用100-240V的全段電壓方案。雖然結構簡單，但對功率器件（如：火牛、開關管、整流管）則提出了較高要求。由於在一定範圍器件參數的提高對於價格並無太大影響，使得在小功率段具備相當的性價比的。隨著功率上升，電源對各部分的功率器件提出了新的要求，這個要求在價格上和技術上都有較大的困難。

　　2.2 APFC無級式

　　APFC是主動式PFC,使用專用PFC控制器。

　　電路功率元件由標準的boost電路組成，通過電壓和電流的雙重反饋，其中電壓位於外環，而電流位於內環。因此，APFC在保證輸出端恆定電壓的同時，使得電流的波形為正弦波。

　　APFC帶來的好處也是顯而易見：①較大的提高功率因數；②可以兼容輸入100-240V全段電壓；③EMC方面有很好的改善。不足之處：

　　①體積和重量有所增大；②電源成本大概有百分之五十的上升。

　　2.3 自動倍壓式

　　鑑於手動操作的種種弊端，以及世界各國電壓規律，自動倍壓式在手動倍壓式基礎加以改進，實現了低電壓國家輸入電壓的自動切換。自動倍壓開關可以採用繼電器、MOSFET、IGBT、可控矽。由於該設計應用在50-60Hz的工頻條件下，考慮過零要求，以及生產成本。

　　選用可控矽作為開關切換器件。可控矽在成本上有著極大的優勢，而響應速度又能滿足要求。