一種新型單級(jí)半橋式開關(guān)電源的設(shè)計(jì)方案

1、一種新型單級(jí)半橋式開關(guān)電源的設(shè)計(jì)- 電氣論文一種新型單級(jí)半橋式開關(guān)電源的設(shè)計(jì)彭波張正文楊思學(xué)齊劍(安徽理工大學(xué)電氣工程學(xué)院，安徽淮南232001)【摘要】提出了一種新型單級(jí)半橋式開關(guān)電源，其輸出電壓可以穩(wěn)定在48V ，可以作為 LED 燈的電源使用。該開關(guān)電源的單級(jí)結(jié)構(gòu)由一個(gè)半橋AC/DC 功率因數(shù)校正電路（ PFC）1-3 和一個(gè)半橋 DC/DC 電源轉(zhuǎn)換器融合而成。通過采用在不連續(xù)導(dǎo)通模式（ DCM ）下具有功率因數(shù)校正功能的PFC 功率校正電路調(diào)節(jié)開關(guān)電源的輸出。相比于傳統(tǒng)的兩級(jí)電源， 這種單級(jí)半橋式結(jié)構(gòu)提高了系統(tǒng)穩(wěn)定性，提高了工作效率， 降低了產(chǎn)品成本和尺寸， 簡化了設(shè)計(jì)。 詳細(xì)介紹新

2、型開關(guān)電源的工作原理，并通過仿真驗(yàn)證系統(tǒng)的可行性。關(guān)鍵詞 單級(jí)開關(guān)電源；半橋；電感設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)簡介一個(gè)直流輸出需要一個(gè)二級(jí)開關(guān)電源：一個(gè)AC/DC電源轉(zhuǎn)換器和一個(gè)連接功率校正的獨(dú)立控制的次級(jí)DC/DC 穩(wěn)壓電路。二級(jí)開關(guān)管電源的主要優(yōu)點(diǎn)是具有較高的功率因數(shù)和較低的電流源諧波。許多二級(jí)開關(guān)電源， 都是在第一階段進(jìn)行 PFC 調(diào)控，在隨后的二級(jí)穩(wěn)壓 DC/DC 電路中將電力直接向負(fù)載提供控制。 這樣的二級(jí)結(jié)構(gòu)卻有一些缺點(diǎn)，如效率低下，較多的PWM 控制器所帶來的功率損耗和較大的電路結(jié)構(gòu)。 而且二級(jí)結(jié)構(gòu)總是使用獨(dú)立的反饋電路和獨(dú)立的控制系統(tǒng)，而這些系統(tǒng)的供電都需要二級(jí)電源來提供，這些系統(tǒng)包括了隔離電路、

3、誤差放大器、 PWM 控制器等； 因此二級(jí)的開關(guān)電源結(jié)構(gòu)與一級(jí)的開關(guān)電源結(jié)構(gòu)相比有比較差的效率。 而半橋式開關(guān)電源具有較高的功率因數(shù)，因此半橋式開關(guān)電源是比較受歡迎的一種電路結(jié)構(gòu)。電力供應(yīng)所提出的單級(jí)開關(guān)電源如圖1 所示。所有組件均假定在理想的狀態(tài)下分析。由于開關(guān)頻率比工作頻率高得多，電壓源認(rèn)為在一個(gè)開關(guān)周期內(nèi)恒定。功率因數(shù)校正電路中的電感L 和輸出電感 L0 均工作在離散狀態(tài)下以降低感應(yīng)電壓4 。模態(tài) 3（d3Ts ）如圖 2(c ）所示，開關(guān) S1、S2 和二極管 D1 、D2 、D3 、D4 、D5 、D6 仍然關(guān)閉，此時(shí)iL=0 。該階段只有一個(gè)導(dǎo)電回路，電流iL0 流經(jīng) L0、負(fù)載、

4、 D7 、D8 和變壓器副邊。模態(tài) 4（ d4Ts ）如圖 2 （d ）所示，這時(shí)開關(guān)S1、 S2 和二極管 D1 、 D2 、D3 、D4 、D5 和 D6 仍不導(dǎo)通，電感電流iL0 此時(shí)為 0 ，所以 D7 和 D8 也不導(dǎo)通。這時(shí)除了電容C0 向負(fù)載供電，其他沒有任何導(dǎo)電回路。仿真設(shè)計(jì)本文所提出的單級(jí)半橋是開關(guān)電源的模擬參數(shù)如下所示，輸入電壓110V ，電感 L 為 470uH ，占空比 d1 為 0.172 ，濾波電容 C1 、C2為Vs 為650uF ，輸出電感L0為270uH，開關(guān)頻率fs為45kHz，輸出電容C0為470uF，輸出電壓V0為 48V 。所用的仿真軟件為Matlab

5、。需要注意的是電感L 和輸出電感L0 遵循以下設(shè)計(jì)規(guī)則， L 必須小于 4.3mH ，而 L0 必須小于 2.2mH 。在具體實(shí)驗(yàn)中取 L 為 0.47mH ， L0 取 0.27mH 。任何低于設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的值均可用來在此電路中進(jìn)行模擬。在半橋電路中最大占空比必須低于0.5 ，可變負(fù)載的工作點(diǎn)選擇為 0.25 ?？紤]到寄生效應(yīng)選擇工作點(diǎn)應(yīng)低于0.25 。所以選擇的占空比為0.172 。實(shí)驗(yàn)結(jié)果用 Matlab15 仿真后所得實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖 4 所示，輸出結(jié)果可以看出能夠得到穩(wěn)定的 48V 電壓。結(jié)論本文提出了一種新型的單級(jí)半橋式開關(guān)電源。該開關(guān)電源的新穎之處在于它可以再所需求的功率因數(shù)校正所需要的

6、輸出負(fù)載調(diào)節(jié)性能良好。分析的結(jié)果與預(yù)定的規(guī)格特別適合作為LED 燈的驅(qū)動(dòng)電源 5 。該開關(guān)電源的好處是降低了成本和尺寸，簡化了設(shè)計(jì)。參考文獻(xiàn)沙占友 ,王彥朋 ,馬洪濤 .開關(guān)電源優(yōu)化設(shè)計(jì) M. 中國電力出版社 ,2009.沙占友, 安國成 .LED 驅(qū)動(dòng)電源PFC 電路的設(shè)計(jì)J. 電源技術(shù)應(yīng)用 ,2011,14(6):52-56.沙占友，文環(huán)明 .DC/DC 電源變換器的拓?fù)漕愋?J.電源技術(shù)應(yīng)用，2006 ，9（6）:1-3.stimationandcapacitorchargebalanceprincipleforDC-DCconvertersoperatinginDCMJ.IEEETrans