AC-DC开关电源IGBT应用原理与主电路图

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1、AC-DC开关电源IGBT应用原理与主电路图 AC-DC开关电源IGBT应用原理与主电路图作者：微叶科技 时间：2015-07-14 16:48 随着高速IGBT的推出，工作频率可达50kHz以上，IGBT有用于SMPS(Switch Mode Power Supplies，市电输入的开关电源)的趋势。AC-DC开关电源的电路拓扑一般是指储能元件（开关变压器或者储能电感）和功率开关元件（IGBT、VMOS 等）的配置方式。1.单端正激电路 单端正激式(Forward) SMPS拓扑的电路简图如图1所示。其中，单端是指主开关为单管电路，正激指的是主开关变压器初次级绕组的相位关系。图1 正激式拓扑

2、电路系统简图 粗虚线框中的电路是功率开关电路，T是主开关变压器；Q1是功率寸姜，D21是次级整流二极管；D22是续流二被管；L21是储能电感，兼有扼流滤波作用；N1是主绕组（初级）；N4是复位绕组；N2是次级绕组；带箭头的虚线表明了瞬时电流的方向和路径。 所谓正激，即主开关变压器初、次级线圈的绕向是一样的，电气相位相同。这样做的好处是，Q1开通时，N2从初级绕组获得能量，向L21、C2l和负载RL提供能量；Q1关断时，L21内存储的能量向负载RL释放，D22为电感内能量的释放提供通路。同时，D2作为复位绕组N4的负载，在Q1关断期间消耗变压器磁心中存储的能量，使磁心复位。复位电路也可以像4.

3、25那样实现，在初级绕组上并联DRC(二极管、电阻、电容，Dll 、R11、C11)。 由于负载在Q1开通和关断期间都有能量（电流供应），因此正激式拓扑的输出纹波相对较小。 功率开关管Q1承受的最大直流电压约为主电路电压的1倍，电源输入为220V市电规格的条件下，Q1的电压规格至少为800V。如果采用了APFC 电路，则Q1的电压规格至少为1000V。 EMI和PFC 电路在SMPS中很常见。 EMI电路主要是为了减小开关电源对电网的污染，PFC(功率因数校正）电路主要是为了提高开关电源的功率因数。EMI电路中的电容X、Y均要采用安规电容，不能用普通的电容替代，即使电压规格足够也不行。 PFC

4、 电路有APFC(有源功率因数校正)和PPFC(无源功率因数校正)两大类。按照新的EMI规范，输出功率超过75W的电源均应该配置 PFC 电路。APFC 电路通常称为单管升压式APFC 电路，对于220V市电输入，Cl上的直流电压即主电源直流电压410V。2单端反激电路结构 单端反激式（Flyback) SMPS 电路简图如图2所示。粗虚线框中的电路是功率开关电路，T是主开关变压器，Q1是功率开关，D21是次级整流二极管；带箭头的虚线表明了瞬时电流的方向和路径。 图2 反激式拓扑电路系统简图 所谓反激，就是主开关变压器切换初、次级线圈的绕向是相反的，电气相位也相反：Q1开通时，T的次级N2从T

5、的初级N1获得能量；Q1关断时，N2向负载RL释放能量，并对电容C21充电。 同时，D11、C11、R11构成磁心复位电路，在Q1关断期间消耗变压器磁心中存储的能量，使磁心复位。另外，这个复位电路还有电压钳位作用，将N1两端的电压钳制在安全范围内。反激式拓扑的优点是，在功率开关Q1关断期间，T初级线圈的反向电压不会和C1上的电压相加。因此，在电源输入为220V市电的条件下，Q1的电压规格为600V以上即可；如果采用单管升压式APFC电路，则Q1的电压规格至少为700V。正激式与反激式的主要区别参见表1。表1 正激式与反激式拓扑的对比（以VMOS为主开关管）项目正激式反激式主开关管的电压规格（220V市电供电）800V600V储能电感L21的功能储能兼滤波滤波（非必须）续流二极管D22必需不要用主开关变压器T的磁心是否有气隙无有 主开关变压器的作用与市电隔离有有变压有有储能电感无有主开关变压器线圈中的电流小大主开关变压器线圈中的损耗（铜损）小大主开关变压器的磁心小大次级自驱动同步整流适合不适合推荐的最大输出功率150W100W推荐的最大输出电流15A以上15A电源的输出纹波小大电源的综合效率高低电源的综合成本高低