分析ACDC开关电源模块的电路设计

分析AC/DC开关电源模块的电路设计

作者：安天平

来源：《科学与信息化》2019年第31期

摘 要 AC/DC开关电源在当今电子工业领域中的应用十分广泛，AC/DC作为开关电源的一种，也被称为一次电源，其中AC是交流、DC是直流，通过高压整流滤波可以获得直流高压，这样在DC/DC变换器输出端就会得到稳定直流电压。单个AC/DC开关电源模块功率从几瓦到几百瓦均有产品，相应的开关电源模块电路设计也有很大差异。基于此，本文首先提出AC/DC开关电源模块含义，进而探究AC/DC开关电源模块的电路设计。 关键词 AC/DC;开关电源;电路设计 引言

如今市面上的开关电源品种非常多，对于开关电源来说，具有集成化、轻量化、效率高等特点，因此在电子设备领域中的应用十分广泛。开关电源主要是利用了现代电子技术，通过调节驱动开关管的方波占空比，从而维持输出电压稳定的一种电源。AC/DC是开关电源的一种，同时AC/DC开关电源种类非常多，需要用户结合自身需求，做好AC/DC开关电源的选择工作。AC/DC作为一种高集成产品，其电路结构十分复杂，如何保证电源模块电路设计质量是需要重点考虑的问题。 1 AC/DC开关电源相关阐述

AC/DC开关电源也被城市为外置电源，是一种便携式电子设备间、电子电器供电电压变换设备，可以将交流电压转化为供设备正常运行的直流电流。在电源变换器当中，主要是由降压电路、整流滤波电路、稳压电路。在AC/DC转换应用中，要有较宽的输出范围，通常是在85-265V范围内交流输入，对输出电源转换率要求非常高，还可以实现节能降耗的功能。同时，还需要重点考虑AC/DC开关电源设计中的满负载率。全面提高AC/DC转换器效率，降低能源损耗，是AC/DC开关电源模块电路设计的核心要点[1]。 2 AC/DC开关电源模块电路设计 2.1 系统总电路设计方案

在整个AC/DC开关电源模块电路当中，主要包括滤波器、整流器、DC/DC交换器、驱动器、比较器以及反馈电路、给定电路、保护电路。AC/DC开关电源模块电路设计中，交流电通过输入滤波器后，会由整流、滤波电路处理，转变为脉动电压的直流电压，并传输到高频变换部分。高频变换位置的核心是DC/DC变换器，包括高频率开关与隔离变压器构成。高频开

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关为场效应管、变换部分采用高频高压方波（20kHz以上），高压方波传输给降压变压器，在输入电压、输出负载产生变化后，保证电压可以稳定输出，通过PWM（脉宽调制器）调节电路，获取输出电压数据，传输给控制电路，通过和额定基准电压对比，结合对比差异控制开关元件的动作时间比，这样就实现了输出电压调整的功能。 2.2 输入电路设计

（1）输入整流器。输入电路包括整流和滤波器两个电路，将交流电转化为系统所需的开关电源直流输入电源。①输入滤波电容。在采用组合或分立元件整流器过程中，必须要确保参数能够达到标准。确定正向平均电流，在系统运行温度、散热条件下，确定最大工频正弦半波电流均值。这样在线路正向压降产生的损耗升温，不保超过允许最大的温度。该参数主要是受到开关电源输出功率影响，整流二极管选择稳态电流容量不得低于计算额定值的2倍。②反向重复峰值电压。该电压作为二极管重复施加反向最高电压数值。设定参数大约为击穿电压的66%。在参数确定中，通常要考虑二极管承受反向最高电压参数，通常为反向最高电压的2倍。③浪涌电流。是二极管承受的最大工频过电流（可以使连续一个工频，也可以是多个工频）。要求二极管可以承受最大浪涌电流。

（2）DC/DC变换器。DC/DC是指隔离的直流-直流变流电路，直流变流增加了交流，所以也是直流-交流-直流形式。采用DC/DC变换器主要是由于要隔离输入和输出端，个别应用场景需要多路输入隔离，输入、输入电压比例要远小于或远大于1。交流需要由较高频率的条件下，可以有效降低电感以及电容体积，开关频率应高于20kHz，否则会产生较大的噪声。功率开关在PWM信号控制下实现导通关闭功能，将直流电压转化为高频脉冲电压。高频脉冲通过变压器转变为其他等级电压，该方法可以为减少对PWM驱动信号的依赖性，可以更加便捷获取各种电压。同时将输入、输出电压信号隔离，变压器采用多个次级绕组实现多路输出。 2.3 输出电路设计

输入电路包含了整流、滤波两个电路，主要是将DC/DC输出电压转变为更加稳定的直流电压。为了保证直流电压输出稳定性，可以增设快速恢复整流二极管、肖特基整流二極管等，这样可以减少输出电压噪声，确保整个系统的设计质量。输出整流技术较多，包括半波、全波、倍流等。整流器采用新型的二极管。其中，快速恢复二极管的正向压降更加稳定。再者，还需要有较高的截止电压参数，这样可以保证小功率输出的稳定性，应用于12V左右辅助电源当中。当今AC/DC开关电源工作频率非常高，通常都超过了20kHz，将二极管反向恢复时间缩减到了ns级，大大提高了电源运行效率。肖特基二极管正向压降也非常低，甚至可以忽略其恢复时间，但是无法承受较大的截止电压，反向漏电流大，更容易被击穿，所以通常不使用该二极管，以快速恢复、整流二极管为主[2]。 3 结束语

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综上所述，AC/DC开关电源模块电路设计必须要确保系统运行稳定性，在明确了整个电路系统主体结构基础上，设计好输入、输出电路参数设计，可以通过增设二极管、优化DC/DC实现相关功能需求。 参考文献

[1] 刘艳竹.基于AC-DC开关电源外接滤波电路设计[J].电子科技，2018，（11）：852-853. [2] 李振.航电AC/DC开关电源的冲击电流控制和散热设计[J].舰船电子工程，2016，（01）：168-170.