（陕西科技大学 电气与信息工程学院，陕西 西安710021）
针对电源轻载效率低的问题，提出了一种数字（DSP）集成掌握方法。该方法同时掌握PFC级直流输出母线电压和全桥部分的开关时序，轻载时，通过调度母线电压并降落开关频率来减小开关损耗和环路电流损耗。实验结果表明，该变换器在10%额定负载下效率能达到90%，在5%额定负载下效率仍高于80%。
电源的轻载效率是当今信息时期电源设备进一步发展的必要关注课题之一。
为提高轻载效率，提出了许多方法：针对移相全桥变换器，文献[1-3]从去世区韶光角度出发，引入赞助电路或直接加宽去世区韶光，这改进了轻载效率，但是电路繁芜度和负载实时灵巧性降落，加上额外的损耗，限定效率的进一步提升；文献[4]通过动态调度母线电压降落开关损耗，但是没有对后级电路做进一步的研究；文献[5-6]通过分模式掌握，提高了DC/DC部分的轻载效率，但是没有考虑母线电压对效率的影响。
本文研究的两级变换器如图1所示，在轻载情形下，母线电压动态调度在降落开关管应力的同时使移相全桥的占空比保持在最大值，并且全桥部分事情在PWM掌握和PWM Burst掌握模式下，以进一步减小开关损耗和环路电流损耗；当负载增加到一定值时，全桥变换器改用移相掌握。末了，基于TI的DSP平台(TMS320F28335)，设计一台600 W的试验样机验证掌握方法的精确性和有效性。
1 两级构造及其集成掌握系统设计
按照做事器系统架构(Server system architecture，SSI)标准[7]，该电源系统分为两级，前级AC/DC变换器，后级DC/DC变换器，如图1所示。前级PFC广泛采取Boost变换器构造[8-9]，还要知足EN61000-3-2等的对电流谐波的哀求，同时为达到功率因数校正的目的，对输入电压采样并作为输入电流的参考值，使输入电流与输入电压同相位；后级移相全桥（PSFB）在无赞助原件条件下完成零电压开关且适用于大、中功率场合的特点使它在DC/DC部分得到广泛运用[10]。
图 1 两级功率变换器构造图
图2为集成掌握时序图，按照输出电流值大小紧张分为三种模态：模态1，极轻载（0～5%），母线电压保持在较低水平（340 V），直接采取PWM驱动旗子暗记，此时，原副边的电流都很小，整流体二极管导通损耗极小，原边险些无环流；模态2，轻载（5%～20%），进入PWM Burst掌握模式，该模式下，母线电压还是保持在较低水平（340 V），当输出电压超过其额定值的1%不再发出驱动旗子暗记，否侧有驱动旗子暗记，而且，在该模式下的开关频率低于正常事情开关频率，且母线电压值较低，使得轻载紧张的开关损耗大大降落；模态3，进入移相掌握模式，该模式下能自然实现零电压开关，且母线电压动态调度，使占空比保持在最大值，从而减小损耗，提升整体效率，当重载(70%～100%)时母线电压保持在400 V以知足重载保持韶光的哀求[11]。
图2 集成掌握时序图
图3为母线电压自适应调度流程图，母线电压不断调度使移相全桥的占空比保持在最大值0.48T，0.2T的韶光为瞬态裕度和去世区韶光。
图3 母线电压自适应调度流程图
2 损耗剖析
分别对移相掌握和PWM掌握下的全桥变换器做损耗剖析。
2.1 移相掌握下的全桥变换器损耗
根据参考文献[10-11]，原边开关管的关断损耗Poff_p：
式中，td(off)为开关管关断韶光，Coss_p为原边开关管等效并联电容，IPP为原边峰值电流。
原边开关管开通损耗为Pon_p：
个中，Ip2为原边电感续流终止电流。
原边单只开关管通态损耗PMOSFET_con_p：
式中，I1，rms是变压器正常事情原边电流有效值，是原边环流期电流有效值。
同步整流管的通态损耗PMOSFET_con_s：
式中IDS_s_rms是流过管子的电流有效值，电感和变压器通态损耗Pinductor_con，PTR_con：
式中IL，rms为电感电流有效值。
磁芯损耗Pcore：
2.2 PWM掌握下的全桥变换器损耗
原边开关管开关损耗PSW_loss，p：
副边开关损耗PSW_loss，s：
开关管的通态损耗PMOSFET_con_p：
变压器通态损耗PTR_con：
电感与磁芯损耗见式(5)、式(7)。
2.3 损耗分布与比拟
图4为轻载及极轻载时，一样平常移相掌握和本文集成掌握下的损耗比拟，集成掌握下效率提升了2.14%。
图4 轻载及极轻载模式下移相掌握与集成掌握损耗
由图2知，在轻载与极轻载模式下变换器开关管有效事情时序均为PWM旗子暗记。结合图5中变换器理论效率曲线，可知PWM全桥变换器在轻载和极轻载情形下确实能提高变换器的轻载效率。
图5 效率曲线
3 仿真与实验剖析
首先基于Psim9.0对电路进行了仿真。紧张实验参数设计如下：谐振电感Lr=48 变压器变比n=54:8，开关频率fs=100 kHz，去世区韶光tdead=300 ns。
如图6、图7分别为轻载和极轻载条件下的事情波形，在仿真根本上搭建一台600 W的实验样机。实验表明，该变换器在达到高轻载效率的同时能担保正常事情较大负载范围内实现ZVS。图8为Q1驱动波形图，其他驱动波形类似。
图6 轻载事情波形
图7 极轻载事情波形
图8 Q1零电压转换
图9将本文中集成掌握下的变换器与传统全桥变换器的整机效率作比较。可以看出，在低于5%额定负载的情形下，效率能坚持在70%以上，5%～20%额定负载情形下效率达到90%以上，远高于传统全桥变换器效率。缘故原由在于，本论文搭配输出电压可调的PFC并分模态掌握变换器，使得变换用具有较高轻载效率。其余，数字掌握减少了掌握环路器件，减少了整机损耗。
图9 整机效率
4 结论
本文重点研究了两级功率变换器的轻载效率，结合数字掌握技能提出了一种集成掌握策略。在轻载和10%额定负载下效率分别提升了6.9%、10.0%，可以对做事器、适配器等电源的发展起到进一步推动浸染。
参考文献
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[8] JANG Y，JOVANOVIO M M.A bridgeless PFC boost rectifier with optimized magnetic utilization[J].IEEE Transactions on Power Electronics，2009，24(1)：85-93.
[9] LAI Y S，YEH C A，HO K M.A family of predictive digitalcontrolled PFC under boundary current mode control[J].IEEE Transactions on Industrial Electronics，2012，8(3)：448-458.
[10] 张运成.倍流同步整流移相全桥直流变换器的研究[D].哈尔滨：哈尔滨工业大学，2014：11-18.
[11] LAI Y S，SU Z J，CHEN W S.New hybrid control technique to improve light load efficiency while meeting the hold-up time requirement for two-stage server power[J].IEEE Transactions on Power Electronics，2014，29(9)：4763-4775.
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