绿色电源系统结构与工作原理

    1、绿色电源系统结构与工作原理

    随时开关电源技术的发展，衍生了十多种的开关电源拓扑，每个拓扑都有其优缺点。不同拓扑的开关电源，其工作原理存在明显的区别，但是开关电源的基本系统框架是不会变的，通常有六部分组成，如图1所示。

    图1开关电源系统结构图

    部分是输入滤波电路，它包含电磁干扰抑制电路、整流滤波电路，其中电磁干扰抑制电路作用为：一是防止电网噪声、电网浪涌通过电源输入线串入，影响开关电源的稳定性；二是抑制开关电源内部由于高频通断产生的噪声通过电源线向电网反馈的噪声；第二部分功率因数校正控制电路，该电路可以提高开关电源的输入功率因数，减少对电网的电磁污染。一般分为有源功率因数和无源功率因数两种；第三部分为PWM控制电路，也可以描述为功率转换控制电路，该电路把高功率因数的直流电压转换受控制的高频PWM脉冲电压，由变压器T磁通耦合到输出端；第四部分为保护电路，提高开关电源的可靠性，满足各种恶劣环境；第五部分为输出滤波和输出控制电路，该电路实现平滑输出电压和稳定输出电压。

    2、基于TEA1755绿色电源设计2.1、TEA1755简介

    TEA1755是一款高度集成化、外围电路元器件少，其要特点在于集成功率校正控制器PFC、反激式控制器PWM的IC，从而实现高性价比的开关电源。在功率输出时，反激式变换器工作在QR或者具备谷底开关的DCM模式；在中等功率时，反激式控制器进去FR降频模式并把峰值电流限制在一个可调节的值上；在低功率时，PFC关闭来获取高的效率；在轻载时，反激式变换器开关频率降至25kHz以下，反激式变化器进入burst突发模式。在没有开关脉冲的burst模式中，芯片内置供电电流被进一步限制在以获取高的效率，先进的burst模式保证了轻载时的高效率和良好的待机功耗，并降低了变压器噪音。

    2.2、设计举例

    假设需要设计一个75W的反激变换器，已知以及预设的参数如下：

    输入电压Vin：85~265VAC；

    PFC功率因数：≥97%；

    输出电压Vo：24VDC；

    输出电流Io：3.2A；

    输出功率Po：75W；

    效率η：≥88%。

    2.2.1、输入电磁滤波设计

    图2 输入EMI滤波电路

    电阻R1、R2选择原则是：在电容C1、C2的容值具有足够选择余地时，电阻值越小越好。假设，电阻R1、R2特定功率为PR，电阻两端的输入电压为Vinm，则有：

    如：设PR=0.5W，Vinm=300V，则R1+R2≥300K，可取R1、R2=200K。

    另外在选择电阻R1、R2的额定功率时，要考虑从电网串入，经防雷击保护电路后的浪涌残压能量，其额定功率为瞬时功耗的四分之一倍。设残压为1200V，则R1、R2还应满足：

    将PR=0.5W代入上式得电阻R1+R2≥720K，所以取电阻R1、R2=200K不满足这一条件，综合考虑应取图2输入EMI滤波电路333电阻R1、R2=390K较合理。

    X电容容量的选定：根据安规标准要求，X电容容量强制要求当输入电源断电时，必须在1s内放电至安全电压42.4V，则X电容取值参考如下公式：

    将电阻R1、R2=390K代入X电容计算公式得：Cx小于0.58μF，取标准容值Cx=0.47μF，如图2所示的电路中，取C1=C2=0.2μF。选择X电容时还要考虑其的承受耐压，由于X电容在电源线输入端，所以必须具备承受瞬态高压的能力。

    Y电容容量的选定：根据安规标准要求，强制规定Y电容在标称输入电压时，各相线对大地的漏电流小于3.5mA，假Y电容为Cy，则有：

    上式中：fo为交流输入电压的工频频率，代入上式可得Cy=C3//C4//C24//C30《0.056μF，由于开关电源机壳与大地间存在分布电容，所以存在漏电流，则取Cy要比实际计算值要小，取Cy=0.047μF。

    在实际使用中，由于电容的容抗在不同的频率下呈现不同的特性，特别是在超高段，容抗几乎相同，所以一般采用多个小容量的电容过并联，满足总容量要求。