设计满足80 PLUS能效要求的一体机电源秒速赛车娱

2018-03-08 17:18字体:
  

  待机管理也是一个重要考虑因素。根据一体机电源规范,待机模式下的电源端子必须采用外部开关来关闭。与P沟道MOSFET相比,N沟道MOSFET提供更低的导通阻抗,故我们选择NFET来导通/关闭电源端子。

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  在第二段(DC/DC转换段),同样由于注重能效,故需要选择提供高能效的拓扑结构。由于双电感加单电容(LLC)等软开关技术适合提供高能效,同时半桥配置最适合高能效/高功率密度的中低功率应用,故在这主开关电源段我们选择半桥LLC拓扑结构。除了高能效,这种拓扑结构还具有高性价比及容易处理EMI等其它众多优势,如元器件数量有限、应用简单的同步整流等。因此,在DC/DC转换段的初级端,我们选择能用于半桥LLC谐振拓扑结构的NCP1397控制器。

  在PFC段,PFC电感的选择也很重要。本设计选择的是200μH的PFC电感,有利于保持低工作频率,降低电磁干扰。

  近年来,一体机(All in one)成为台式电脑市场的一个亮点。对于一体机来说,要求设计新颖、纤薄及紧凑,故嵌入在一体机中的

  这三种工作模式各有其特点。其中,FCCrM综合了CrM和不连续导电模式(DCM)的优点,即DCM限制最大开关频率,CrM降低最大电流应力。基于这三款器件的300W、宽主电压输入范围PFC在100Vrms时的能效测试结果显示,FCCrM是能效最高、电磁干扰(EMI)信号平滑、同时成本合理的方案,故本设计选择FCCrM拓扑结构的NCP1605 PFC控制器。

  在主电源段的次级端,低输出电流时采用同步整流工作会呈现低能效,故需要根据输出电流信息,在低输出电流时(如在待机状态下)关闭同步整流。故同步整流导通/关闭功能非常重要。此外,次级整流器最大输出电流达18A,还需要为其提供过温保护(OTP),从而更好地保护开关电源。

  第一个电源段(PFC段)接受通用交流输入,并将其转换为385V的恒定直流输出电压,提供给第二个电源段。在PFC段,根据电流工作模式的不同,有不同模式的PFC控制器可供选择,如连续导电模式(CCM)(典型器件NCP1654)、临界导电模式(CrM)(典型器件NCP1606),或频率钳位临界导电模式(FCCrM)(典型器件如NCP1605)。

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  该参考设计具有极高的能效(参见表2),符合80 PLUS银级甚至金级能效规范。此外,参考设计的轻载能耗也极低,如在115Vac至260Vac条件下空载时的电流消耗低于400mW。此外,功率因数测量结果也完全符合80 PLUS银级能效要求。

  设计人员如何才能设计符合80PLUS银级或金级能效要求的一体机电源呢?本文以安森美半导体的216W单输出一体式计算机电源参考设计为例,分析关键电源拓扑结构的选择理据,简述设计要点,并分析性能测试结果。

  由于目标输出功率大于75W,故本应用需要功率因数校正(PFC)。这样,电源可分为2个不同的主要段:有源PFC段和主开关电源段。

  在主开关电源段,涉及到谐振电感的位置问题。无论是采用外部电感,或是变压器内部泄漏电感,都有其优劣势。为了配合超薄设计,我们选择使用变压器泄漏电感及外部线圈作为谐振电感。

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  而在DC/DC转换段的次级端,由于采用同步整流(SR)技术能大幅提升中、高负载时能效,故采用简单同步整流技术,相应地选择NCP4303同步整流控制器。

  首先我们要确定基本设计目标规格,即输入电压范围为交流90至265V,输出为单路12V直流输出,并分为2个端子。其中,待机端子持续消耗功率,在关闭模式下消耗电流50mA,休眠模式下电流消耗为100mA,工作模式下最大5A,而电源端子在工作模式下提供功率,待机时关闭。最大总输出功率为216W。秒速赛车官网

  值得一提的是,该设计还可采取多种措施,如在同步整流段应用寄生电感补偿、使用不同的同步整流MOSFET及门极驱动电压、以判断保存电量的最佳方式_秒速赛车,优化PFC段能效等来进一步提升能效、降低驱动损耗,全面满足80 PLUS金级能效要求。

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