CN208174563U - 一种高功率密度、小型化ac-dc电源适配器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种高功率密度、小型化AC‑DC电源适配器，属于AC‑DC电源适配器技术领域，其结构包括依次连接的交流输入端、滤波电路、整流电路、PFC电路、DC/DC变换电路、二次整流及滤波电路、直流输出端，其特征在于，还包括控制反馈保护回路模块，所述的控制反馈保护回路模块包括辅助电源、控制及保护电路、反馈及零检测电路；其中辅助电源单元的输入端连接整流电路，辅助电源的输出端连接PFC电路和控制及保护电路，反馈及零检测电路的输入端连接二次整流及滤波电路的输出端，反馈及零检测电路的输出端连接控制及保护电路，控制及保护电路的输出端连接DC/DC变换电路。本实用新型和现有技术相比，具有提高功率转换效率的特点。
Description
技术领域
本实用新型涉及AC-DC电源适配器技术领域，具体地说是一种高功率密度、小型化AC-DC电源适配器。
背景技术
全球对能源成本上涨、环保和能源可持续性的关注推动欧盟、美国等地的相关机构相继推出降低电子设备能耗的规范。电源效率等级的要求日趋严格，80%以上的效率已成为了基本标准。新倡议的能效标准更是要求效率达到87%及以上。此外，只在满负载下测量效率的老办法已被淘汰。目前的新标准涉及了额定负载的25%、50%、75% 和 100% 这四个点的四点平均水平。如于2016年1月1日生效的欧盟CoC V5 Tier 2 规定，输出功率为45 W和65 W的AC-DC适配器平均能效需分别达到87.7%和89%，待机功耗分别低于75 mW和150 mW，并且还要求10%负载条件时的能效需分别达到77.7%和77.5%。
电源平均能效和待机功耗标准的不断提高，促使AC-DC电源适配器必须要采用软开关技术来提高功率转换效率和降低开关损耗；同时消费类电子产品向小型化方向发展的前提下，促使AC-DC电源适配器必须要提高功率密度，以降低其体积及重量。
发明内容
本实用新型的技术任务是针对以上不足之处，提供一种降低开关损耗，提高功率转换效率的一种高功率密度、小型化AC-DC电源适配器。
本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：一种高功率密度、小型化AC-DC电源适配器，包括依次连接的交流输入端、滤波电路、整流电路、PFC电路、DC/DC变换电路、二次整流及滤波电路及直流输出端，还包括控制反馈保护回路模块，所述的控制反馈保护回路模块包括辅助电源、控制及保护电路、反馈及零检测电路；其中辅助电源单元的输入端连接整流电路，辅助电源的输出端连接PFC电路和控制及保护电路，反馈及零检测电路的输入端连接二次整流及滤波电路的输出端，反馈及零检测电路的输出端连接控制及保护电路，控制及保护电路的输出端连接DC/DC变换电路。
进一步，优选的结构为，所述的DC/DC变换电路采用LLC谐振转换器拓扑结构，DC/DC变换电路包括依次连接的电源输入端、可控开关网络单元和谐振网络单元；
其中，可控开关网络单元包括开关MOS管Q1和开关MOS管Q2组成一对上下桥臂，开关MOS管Q1与结电容C1、体二极管D1相并联，开关MOS管Q2与结电容C2、体二极管D2相并联；
谐振网络单元由谐振电感Lr、谐振电容Cr和变压器励磁电感Lm构成。
进一步，优选的结构为，所述的控制及保护电路的输出端与DC/DC变换电路之间连接有隔离驱动单元。
进一步，优选的结构为，所述的PFC电路由由UC3854芯片为核心的控制电路实现。
本实用新型的一种高功率密度、小型化AC-DC电源适配器和现有技术相比，有益效果如下：
1、选用高品质的细长型电解电容，并采用扁平磁芯变压器和电感，优化控制环路的响应，抑制输出纹波；
2、其次采用LLC谐振转换器拓扑实现软开关，使开关MOSFET中电流或两端电压按正弦或准正弦规律变化，当电流自然过零时使器件关断，当电压下降到零时使器件开通，减小开关MOSFET的过电压应力同时可使储存的电磁能量增大；
3、既可有效提高变换器的开关频率和效率，又兼具低EMI的优点，可降低EMI滤波器电路的体积；
4、使变压器原边开关MOS管零电压开通，副边整流二极管在ir=im 降至零实现零电流关断，降低开关损耗，提升整个AC-DC电源适配器的电源转换效率，增加功率密度。
附图说明
下面结合附图对本实用新型进一步说明。
附图1为一种高功率密度、小型化AC-DC电源适配器的结构示意图。
附图2为DC/DC变换电路的电路图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步说明。
在后续的描述中，使用用于表示元件的诸如“模块”、“部件”或“单元”的后缀仅为了有利于本实用新型的说明，其本身并没有特定的意义。
其中，励磁电感（magnetic inductance）：脉冲变压器的初级电感，仅在变压器中才出现的名词,也就是一个等效电感值,事实上这个电感是变压器的初级侧电感,作用在其上的电流不会传导到次级,它的作用是拿来对铁芯产生激磁作用,使铁芯内的铁磁分子可以用来导磁,就好比铁芯是磁中性,绕上绕组后，加入电源,它就像个永久磁铁,开始有磁力了,这个电感称它为励磁电感,其实它就是电感,只是这个名称只在变压器中使用。
因LLC谐振转换器拓扑由于其半导体器件全部工作于软开关状态，具有高效率，低EMI的优点。所以，新型AC-DC电源适配器拓扑结构选用LLC谐振转换器拓扑，可满足高功率密度以及小型化的要求。本实用新型采用LLC谐振转换器拓扑，实现初级开关管零电压开通和次级输出整流管的零电流关断，降低开关损耗，提高功率转换效率。
实施例1：
本实用新型的一种高功率密度、小型化AC-DC电源适配器，其结构包括依次连接的交流输入端、滤波电路、整流电路、PFC电路、DC/DC变换电路、二次整流及滤波电路及直流输出端，还包括控制反馈保护回路模块，所述的控制反馈保护回路模块包括辅助电源、控制及保护电路、反馈及零检测电路；其中辅助电源单元的输入端连接整流电路，辅助电源的输出端连接PFC电路和控制及保护电路，其中PFC电路由UC3854芯片为核心的控制电路实现，输出为400V高压直流；
反馈及零检测电路的输入端连接二次整流及滤波电路的输出端，反馈及零检测电路的输出端连接控制及保护电路，控制及保护电路的输出端连接DC/DC变换电路。所述的控制及保护电路的输出端与DC/DC变换电路之间连接有隔离驱动单元。
所述的DC/DC变换电路采用LLC谐振转换器拓扑结构，DC/DC变换电路包括依次连接的电源输入端、可控开关网络单元和谐振网络单元；
其中，可控开关网络单元包括开关MOS管Q1和开关MOS管Q2组成一对上下桥臂，开关MOS管Q1与结电容C1、体二极管D1相并联，开关MOS管Q2与结电容C2、体二极管D2相并联；谐振网络单元由谐振电感Lr、谐振电容Cr和变压器励磁电感Lm构成。
本实用新型采用LLC谐振转换器拓扑，实现初级开关管零电压开通和次级输出整流管的零电流关断，降低开关损耗，提高功率转换效率， DC/DC变换电路采用LLC谐振转换器拓扑，利用电路发生谐振时电流或电压过零点，使开关MOSFET在零电压或零电流下开通或关断，实现软开关达到降低开关损耗的目的。Q1和Q2组成上下一对桥臂，C1、C2和D1、D2分别为开关MOS管Q1、Q2的结电容和体二极管，谐振电感Lr、谐振电容Cr和变压器励磁电感Lm构成谐振网络。在传输能量阶段，Lr和Cr上流过正弦电流且ir>im,能量通过变压器传递到副边；在续流阶段，ir=im 原边停止向副边传递能量，Lr、Lm和Cr发生谐振，整个回路感抗较大，变压器原边电流以相对较缓慢的速率下降。
通过如上设计使变压器原边开关MOS管零电压开通，副边整流二极管在ir=im 降至零实现零电流关断，降低开关损耗，提升整个AC-DC电源适配器的电源转换效率，增加功率密度。
需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者装置所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者装置中还存在另外的相同要素。
通过上面具体实施方式，所述技术领域的技术人员可容易的实现本实用新型。但是应当理解，本实用新型并不限于上述的几种具体实施方式。在公开的实施方式的基础上，所述技术领域的技术人员可任意组合不同的技术特征，从而实现不同的技术方案。
Claims (4)
1.一种高功率密度、小型化AC-DC电源适配器，包括依次连接的交流输入端、滤波电路、整流电路、PFC电路、DC/DC变换电路、二次整流及滤波电路、直流输出端，其特征在于，还包括控制反馈保护回路模块，所述的控制反馈保护回路模块包括辅助电源、控制及保护电路、反馈及零检测电路；其中辅助电源单元的输入端连接整流电路，辅助电源的输出端连接PFC电路和控制及保护电路，反馈及零检测电路的输入端连接二次整流及滤波电路的输出端，反馈及零检测电路的输出端连接控制及保护电路，控制及保护电路的输出端连接DC/DC变换电路。
2.根据权利要求1所述的一种高功率密度、小型化AC-DC电源适配器，其特征在于，所述的DC/DC变换电路采用LLC谐振转换器拓扑结构，DC/DC变换电路包括依次连接的电源输入端、可控开关网络单元和谐振网络单元；
其中，可控开关网络单元包括开关MOS管Q1和开关MOS管Q2组成一对上下桥臂，开关MOS管Q1与结电容C1、体二极管D1相并联，开关MOS管Q2与结电容C2、体二极管D2相并联；
谐振网络单元由谐振电感Lr、谐振电容Cr和变压器励磁电感Lm构成。
3.根据权利要求1所述的一种高功率密度、小型化AC-DC电源适配器，其特征在于，所述的控制及保护电路的输出端与DC/DC变换电路之间连接有隔离驱动单元。
4.根据权利要求1所述的一种高功率密度、小型化AC-DC电源适配器，其特征在于，所述的PFC电路由以UC3854芯片为核心的控制电路实现。
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| CN111953214A (zh) * | 2020-08-27 | 2020-11-17 | 山东超越数控电子股份有限公司 | 一种dc-dc隔离电源和服务器 |
| CN113162394A (zh) * | 2021-04-27 | 2021-07-23 | 合肥联宝信息技术有限公司 | 一种适配器及电子设备 |
| WO2022155837A1 (zh) * | 2021-01-21 | 2022-07-28 | 华为数字能源技术有限公司 | 一种谐振型交流/直流变换器、电子设备及适配器 |
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