工业ACDC电源实现高效率和高可靠性的三个考虑因素

1.前言

工业电源需要在广泛的工作条件下高效、可靠和灵活。第一个标准之一是效率。低散热导致更高的效率，这使系统能够放弃风扇并使用自然冷却方法令人满意地运行。这有助于实现高系统效率和可靠性，同时降低系统成本。

实现可靠性和灵活性的附加因素是具有恒流 (CC)/恒压 (CV) 模式和过载能力的宽输出范围，可以满足更多负载类型和运行条件，无需复杂的电路和额外成本。即使在特殊的过载情况下，具有过载能力的电源也能在不发生故障的情况下提供足够的功率，进一步增强了电源和负载的安全性。

在本博客中，我将讨论设计工业 AC/DC 电源时的三个重要考虑因素——实现高效率、宽输出范围以及 CC/CV 环路和过载能力。
2.高效率
由于有很多可用选项，因此在尝试在其工作范围内实现电路的高效率时，拓扑结构和控制器的选择至关重要。

过渡模式功率因数校正 (PFC) 具有降低开关损耗的优势，因为金属氧化物半导体场效应晶体管和整流二极管在所有工作条件下都具有零电流开关 (ZCS)。ZCS软开关可以消除整流二极管的反向恢复。TI 的 UCC28056 PFC 控制器还具有谷值同步开启功能，可进一步降低开关损耗。

对于 DC/DC 级，电感-电感-电容 (LLC) 拓扑是首选，因为它具有软开关特性；TI UCC256301 LLC 控制器还具有提供效率优势的控制技术。

基于这些拓扑和控制器，在 230 VAC 下实现超过 94% 的峰值效率和超过 92.5% 的峰值效率115 VAC，使系统无需强制冷却即可工作。此外，该设计使用带有控制器的 UCC24624 输出同步整流器来降低输出整流器损耗并提高整体高效运行能力。图 1 显示了参考设计的效率曲线。

图 1：工业 AC/DC 电源参考设计的效率曲线

3.具有 CC/CV 环路的宽输出范围
宽且可调的输出电压使该设计适用于许多不同的工业应用，这些应用旨在具有更长的使用寿命的灵活、通用和自适应性。通过改变可变电阻器可以根据不同的负载情况调整输出电压。通过 CC 环路和 CV 环路，该设计还可以适应电池充电器应用和 LED 应用。当充电器工作在CC模式时，输出电压随着电池电压的升高而逐渐升高。电池电压的范围很宽，所以电池充电器必须满足这个条件。LED 应用的输出条件类似。输出电压随 LED 数量不同而变化。
为了实现较宽的输出范围，LLC 的谐振回路计算至关重要；我们需要确保电路在最大输出和最小输入条件下不会进入电容区域。我们还需要在谐振频率附近选择合适的频率区域，以便在较宽的工作范围内实现 LLC 的高效率。我们可以使用我们的 TL103W 运算放大器实现 CV/CC 反馈，它集成了双运算放大器和内部参考电压，如图 2 所示。

图 2：工业 AC/DC 电源参考设计框图

4.过载能力
短时过载能力是常见的工业电源设计要求。过载能力可以使系统在某些过载条件下运行而不会发生故障。我们的参考设计可以在三秒钟内提供 1.6 倍的额定负载。

为了达到过载能力，需要根据最大负载计算PFC电感；否则，它无法提供必要的功率。此外，LLC 的谐振回路参数需要防止系统在最坏的工作条件下以最大输出功率进入容性区域。在容性区域工作可能会对初级开关造成严重损坏，因此 UCC256301 具有 ZCS 避免功能，可以防止系统进入容性区域。图 3 显示了参考设计的短时过载能力。

图3：工业AC/DC电源参考设计的短时过载能力

5.结论
总体而言，该参考设计有助于实现工业电源的高效率和可靠性。借助我们的控制器和使用的拓扑，该设计可以帮助我们在许多工业应用中获得关键优势。