AC-DC開關(guān)電源IGBT應(yīng)用原理與主電路圖參考模板

1、AC-DC開關(guān)電源IGBT應(yīng)用原理與主電路圖 AC-DC開關(guān)電源IGBT應(yīng)用原理與主電路圖作者：微葉科技 時間：2015-07-14 16:48 隨著高速IGBT的推出，工作頻率可達50kHz以上，IGBT有用于SMPS(Switch Mode Power Supplies，市電輸入的開關(guān)電源)的趨勢。AC-DC開關(guān)電源的電路拓撲一般是指儲能元件（開關(guān)變壓器或者儲能電感）和功率開關(guān)元件（IGBT、VMOS 等）的配置方式。1.單端正激電路 單端正激式(Forward) SMPS拓撲的電路簡圖如圖1所示。其中，單端是指主開關(guān)為單管電路，正激指的是主開關(guān)變壓器初次級繞組的相位關(guān)系。圖1 正激式拓撲

2、電路系統(tǒng)簡圖 粗虛線框中的電路是功率開關(guān)電路，T是主開關(guān)變壓器；Q1是功率寸姜，D21是次級整流二極管；D22是續(xù)流二被管；L21是儲能電感，兼有扼流濾波作用；N1是主繞組（初級）；N4是復(fù)位繞組；N2是次級繞組；帶箭頭的虛線表明了瞬時電流的方向和路徑。2 / 10 所謂正激，即主開關(guān)變壓器初、次級線圈的繞向是一樣的，電氣相位相同。這樣做的好處是，Q1開通時，N2從初級繞組獲得能量，向L21、C2l和負載RL提供能量；Q1關(guān)斷時，L21內(nèi)存儲的能量向負載RL釋放，D22為電感內(nèi)能量的釋放提供通路。同時，D2作為復(fù)位繞組N4的負載，在Q1關(guān)斷期間消耗變壓器磁心中存儲的能量，使磁心復(fù)位。復(fù)位電路也

3、可以像4. 25那樣實現(xiàn)，在初級繞組上并聯(lián)DRC(二極管、電阻、電容，Dll 、R11、C11)。 由于負載在Q1開通和關(guān)斷期間都有能量（電流供應(yīng)），因此正激式拓撲的輸出紋波相對較小。 功率開關(guān)管Q1承受的最大直流電壓約為主電路電壓的1倍，電源輸入為220V市電規(guī)格的條件下，Q1的電壓規(guī)格至少為800V。如果采用了APFC 電路，則Q1的電壓規(guī)格至少為1000V。 · EMI和PFC 電路在SMPS中很常見。 EMI電路主要是為了減小開關(guān)電源對電網(wǎng)的污染，PFC(功率因數(shù)校正）電路主要是為了提高開關(guān)電源的功率因數(shù)。EMI電路中的電容X、Y均要采用安規(guī)電容，不能用普通的電容替代，即使電

4、壓規(guī)格足夠也不行。 PFC 電路有APFC(有源功率因數(shù)校正)和PPFC(無源功率因數(shù)校正)兩大類。按照新的EMI規(guī)范，輸出功率超過75W的電源均應(yīng)該配置 PFC 電路。APFC 電路通常稱為單管升壓式APFC 電路，對于220V市電輸入，Cl上的直流電壓即主電源直流電壓410V。2單端反激電路結(jié)構(gòu) 單端反激式（Flyback) SMPS 電路簡圖如圖2所示。粗虛線框中的電路是功率開關(guān)電路，T是主開關(guān)變壓器，Q1是功率開關(guān)，D21是次級整流二極管；帶箭頭的虛線表明了瞬時電流的方向和路徑。 圖2 反激式拓撲電路系統(tǒng)簡圖 所謂反激，就是主開關(guān)變壓器切換初、次級線圈的繞向是相反的，電氣相位也相反：Q

5、1開通時，T的次級N2從T的初級N1獲得能量；Q1關(guān)斷時，N2向負載RL釋放能量，并對電容C21充電。 同時，D11、C11、R11構(gòu)成磁心復(fù)位電路，在Q1關(guān)斷期間消耗變壓器磁心中存儲的能量，使磁心復(fù)位。另外，這個復(fù)位電路還有電壓鉗位作用，將N1兩端的電壓鉗制在安全范圍內(nèi)。反激式拓撲的優(yōu)點是，在功率開關(guān)Q1關(guān)斷期間，T初級線圈的反向電壓不會和C1上的電壓相加。因此，在電源輸入為220V市電的條件下，Q1的電壓規(guī)格為600V以上即可；如果采用單管升壓式APFC電路，則Q1的電壓規(guī)格至少為700V。正激式與反激式的主要區(qū)別參見表1。表1 正激式與反激式拓撲的對比（以VMOS為主開關(guān)管）項目正激式反激式主開關(guān)管的電壓規(guī)格（220V市電供電）800V600V儲能電感L21的功能儲能兼濾波濾波（非必須）續(xù)流二極管D22必需不要用主開關(guān)變壓器T的磁心是否有氣隙無有 主開關(guān)變壓器的作用與市電隔離有有變壓有有儲能電感無有主開關(guān)變壓器線圈中的電流小大主開關(guān)變壓器線圈中的損耗（銅損）小大