拓扑结构对工业ac-dc电源可靠性的影响

拓扑是什么？在开关电源中，存在着各种元器件，他们的连接或相互关系是一种网络，我们把这种元器件的特定连接关系称为拓扑。

进步工业ac-dc电源可靠性的关键在于降低功率元件的热、电压和电流应力，这重要是输入电压和所需功率的函数。虽然热应力是额定功率的函数，但电源服从也起偏重要作用。因此，可选择有助于减轻这些应力的拓扑，下面探索下拓扑结构对工业ac-dc电源可靠性的影响。

在一个94.5%服从、500W的工业ac-dc电源参考设计中，前端功率因数校正（PFC）级是交错式过渡模式升压拓扑，单级延续导通模式（CCM）升压拓扑结构也是一个可行选择。拓扑选择重要是出于器件压力的考虑，交错式拓扑，因两级并联工作，将功率元件（升压电感、开关金属氧化物半导体场效应晶体管[MOSFET]和整流二极管）中的电流应力降低了两倍。

下图为两种拓扑的简化图：

因导通应力明显降低，过渡模式PFC在降低开关应力方面具有上风。当输入电压低于输出电压的一半时，过滤模式下的电压切换为零，即使输入电压较高，电压切换水平也会明显降低。在所有条件下，MOSFET和整流器都有零电流开关（ZCS）。ZCS操作导致整流二极管中的反向恢复几乎消弭，这也有助于减小应力并降低电磁干扰（EMI）。虽然削减EMI不能提供直接的可靠性上风，但EMI滤波器元件数量的削减以及敏感电路段噪声拾取的可能性降低，可间接地有助于进步整个电源的可靠性。

考虑热应力时，交错的过渡模式升压拓扑再次比CCM拓扑更有利。在交错过渡模式拓扑中，组件在较低温度下运行，与CCM拓扑相比，更多组件共享几乎雷同的功率损耗。在温度降低条件下操尴尬刁难电源可靠性具有相称大的影响，尤其是在没有强制透风设备的体系中。

交错操作大大降低了输入和输出电容中的纹波电流。这是一个紧张的考虑因素，分外是铝电解电容，它是决定团体电源可靠性的最微弱环节之一。在PFC应用中，纹波电流是决定输出电容寿命的紧张因素。应该看到纹波电流的降低不仅是对规格的降额，而且更明显的是因为功耗降低导致的温度降低。

对于DC/DC级豪沃驾驶室，电感-电感-电容（LLC）拓扑结构是首选，由于它具有降低的开关应力，不过会增长电流应力。在略高于谐振频率的满载下工作可最大限度地减小电流应力的增长，同时避免因为ZCS关断而导致的输出同步MOSFET体二极管反向恢复。

该设计实现了接近95%的服从，而不会增长太多复杂性。PFC级服从在230 V时高于98%，在115 V时高于96.5%，LLC级的服从高于96.5%。拓扑和组件选择是影响此性能的因素，另一个必要考虑的重点是电路在其工作范围内的服从，在其使用寿命期间，它可能并不总是在满载或接近满载的情况下运行。因此网络营销技巧，在广泛的操作区域内实现优秀的服从特别很是紧张，这使PFC和LLC功率级在选择控制器时变得紧张。

如上图所示：该设计中使用的两个控制器（用于PFC的UCC28064A和用于LLC的UCC256301）具有在宽工作范围内提供服从上风的控制技术。该设计中使用的UCC24612，同步整流器控制器和驱动器，通过实现近乎理想的二极管仿真来降低输出整流器损耗，并间接降低初级侧损耗。这些控制器设备对进步团体可靠性的贡献并非可有可无。

在工业ac-dc电源应用中，必须选择可以削减组件压力的拓扑结构。交错的过渡模式升压拓扑和LLC拓扑是比其他拓扑更好的选择，由于可削减组件压力。拓扑结构选择应考虑将功率损耗分配给更多组件，且进步服从尤为紧张，由于热应力与其直接相干。

在工业4.0和工业物联网的潮流下新疆人事考试，工业主动化和工业设备市场增加敏捷，而提供枢纽动力的电源，需求也在赓续进步。高功率密度、高集成度、模块化、寻求更小尺寸、更高可靠性成为当前ac-dc模块电源产品的重要发展趋势。