隨著能源緊缺問題日益嚴(yán)峻，如何有效提高功率變換器的效率、以緩解能源危機(jī)顯得尤為重要。傳統(tǒng)脈沖寬度調(diào)制（pulse width modulation, PWM）功率變換器采用硬開關(guān)技術(shù)，在開關(guān)管導(dǎo)通和關(guān)斷的過程中，其漏源電壓與電流波形存在一定程度的交疊，從而造成較大的開關(guān)損耗。隨著功率變換技術(shù)逐漸向高頻化發(fā)展，開關(guān)頻率的增高使得這一問題顯得日益突出。

為了提高功率變換效率，國內(nèi)外學(xué)者開展了大量研究工作。

• 有學(xué)者設(shè)計(jì)了一種準(zhǔn)諧振反激式變換器，其輸入交流電壓范圍為95～260V，但最高效率只能達(dá)到86%。
• 有學(xué)者在準(zhǔn)諧振反激式變換器中引入同步整流技術(shù)，使得變換效率達(dá)到88.3%。
• 有學(xué)者提出了一種改進(jìn)型零電壓轉(zhuǎn)換PWM軟開關(guān)功率變換器，其采用負(fù)載分段的方式實(shí)現(xiàn)電路軟開關(guān)，變換效率可達(dá)91.5%。

但對于AC-DC變換器而言，上述設(shè)計(jì)方案在效率表現(xiàn)方面仍顯不足。

LLC諧振變換器作為一種軟開關(guān)技術(shù)，具備工作頻率調(diào)整范圍小、輸入電壓范圍寬等特點(diǎn)[6-7]。而且其可實(shí)現(xiàn)原邊開關(guān)管的零電壓開通（zero voltage switch, ZVS）和副邊整流二極管的零電流關(guān)斷（zero current switch，ZCS），從而有效提升功率變換效率。同時(shí)，其平滑變化的波形也有利于改善變換器的電磁兼容性能。

因此，本文結(jié)合當(dāng)前AC-DC變換技術(shù)的發(fā)展趨勢，加入有源功率因數(shù)校正（active power factor correction, APFC）的概念，即采用“APFC+半橋LLC”兩級(jí)電路結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)了一套適應(yīng)寬范圍電壓輸入、且具有高功率因數(shù)和高效率特點(diǎn)的AC-DC變換器。系統(tǒng)樣機(jī)測試結(jié)果表明，在全負(fù)載范圍內(nèi)的平均效率達(dá)到92%以上，驗(yàn)證了所提方案的可行性和有效性。

圖1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案

結(jié)論

本文針對傳統(tǒng)硬開關(guān)功率變換器能量轉(zhuǎn)換效率較低的問題，利用半橋LLC諧振和同步整流技術(shù)設(shè)計(jì)了一套高效AC-DC變換器。

測試結(jié)果表明：系統(tǒng)樣機(jī)可實(shí)現(xiàn)原邊半橋功率MOS管的零電壓導(dǎo)通以及副邊同步整流MOS管的零電流關(guān)斷，全負(fù)載范圍內(nèi)樣機(jī)的平均效率達(dá)92%以上，相較于硬開關(guān)和準(zhǔn)諧振變換器，變換效率得到了較大提升。同時(shí)，變換器能夠適應(yīng)寬范圍交流輸入電壓90～305V，且市電輸入時(shí)，樣機(jī)功率因數(shù)可達(dá)0.98，實(shí)現(xiàn)了預(yù)期的設(shè)計(jì)目標(biāo)。