90W AC - DC非对称半桥适配器设计解析

在电子设备的电源设计领域，高效、稳定的电源适配器是关键。今天我们来深入探讨一款基于非对称半桥拓扑（AHB）的90W宽范围输入AC - DC适配器——EVL6591 - 90WADP。

文件下载：EVL6591-90WADP.pdf

一、适配器概述

这款适配器采用两级解决方案，前端PFC使用工作在过渡模式（TM）的升压拓扑，IC选用L6563先进TM PFC控制器，它集成了控制该阶段所需的所有功能和保护，以及与下游DC - DC转换器的接口。DC - DC阶段采用非对称半桥（AHB）拓扑，由L6591 PWM控制器驱动。

主要特性

1. 输入参数：输入市电范围为88 ~ 264Vrms，频率45 ~ 66Hz。
2. 输出参数：输出为12Vdc ± 2% - 7.5A，空载时输入功率Pin低于0.35W。
3. 保护功能：具备短路、过载、输出过压和欠压保护。
4. PCB规格：采用CEM - 1单面板，厚度70µm，尺寸为174 x 78mm。
5. 安全与EMI：安全符合EN60065标准，EMI符合EN50022 - 类B标准。

二、电路工作原理

PFC前端

PFC电路的功率级由电感L2、MOSFET Q1、二极管D4和电容C9组成。L6563控制器通过控制MOSFET的开关，使输入电流跟随输入电压，从而提高功率因数，减少谐波失真。

AHB DC - DC阶段

该阶段的半桥（MOSFET Q3和Q4）连接到PFC阶段的输出电压，驱动直流阻断电容（C44）和变压器（T1）的初级串联。变压器有两个带中心抽头接地的次级绕组，其另一端连接到输出二极管D12和D13。输出电感位于二极管D12和D13的公共阴极与输出之间。

L6591集成了电流模式PWM控制器、高低侧MOSFET的栅极驱动器以及针对该拓扑的所有功能和保护。它通过磁电流和输出电感电流纹波来实现MOSFET的零电压开关（ZVS），提高效率。

三、工作波形分析

典型波形

在满载时，AHB初级侧关键波形显示，当LVG信号下降时，半桥节点充电至400V，经过死区时间后，高压侧驱动器在零电压下导通。高压侧驱动器关断时，半桥节点放电至零伏，Q4的体二极管导通，随后LVG在ZVS条件下导通。

半载时，由于输出电流减小，初级侧电流快速变化也减小，磁电流相对增大，使得移动半桥节点的可用电流增多，ZVS条件更容易满足。

低负载运行

在轻载和空载条件下，系统进入受控的突发模式运行，以降低输入功率。通过L6591的PFC_STOP引脚和L6563的PFC_OK引脚，实现两个IC的突发模式同步，确保对重载过渡的快速响应，避免输出电压下降。

短路保护

输出短路会触发过载保护（OLP）。当短路发生时，COMP引脚饱和高电平，IC检测到该条件后开始对SS电容充电。当SS电压达到5V时，系统关闭。若短路未移除，IC进入HICCUP模式，重启间隔较长，减少功率元件的应力。

过压保护

由于无法在所有负载条件下从初级侧检测输出电压，OVP直接在输出端检测。使用齐纳二极管（D25）作为阈值激活保护，通过光耦合器U5将信息传递给控制器，使禁用引脚电压超过4.5V的干预阈值。该保护为锁存式，PWM停止后，HV发生器工作以保持Vcc电压在14V和13.5V之间，同时关闭L6563。

启动序列

当市电接入时，L6591的HV启动发生器开启，以约0.75mA的恒定电流对Vcc电容充电。由于L6563的开启阈值低于L6591，PFC控制器先启动。当Vcc > 14V且线路引脚电压大于1.25V时，L6591也开启。此时，AHB变压器的辅助绕组与电荷泵一起为设备提供所需功率。

四、电气性能

效率测量与空载消耗

在115Vrms和230Vrms的标称电压下，对不同负载百分比的效率进行了测量。结果显示，适配器在不同负载下都有较高的效率，且满足ENERGY STAR®规范版本2.0的要求（平均效率>87%，空载输入功率<0.5W）。

谐波含量测量

前端PFC阶段有效降低了市电谐波，使适配器满足欧洲EN61000 - 3 - 2和日本JEIDA - MITI标准中D类设备的要求。通过测量不同输入功率下的谐波含量，验证了PFC的性能。

五、热测量与传导噪声测量

热测量

使用红外相机对电路板进行热分析，结果显示关键组件在不同输入电压和满载条件下的温度都在可接受范围内。

传导噪声测量

在两个标称电压下进行传导噪声测量，结果均远低于EN55022 CLASS B标准的平均限值。

六、物料清单与变压器规格

物料清单

详细列出了EVL6591 - 90WADP适配器的所有组件，包括电容、电阻、二极管、MOSFET、变压器等，为工程师进行设计和采购提供了参考。

PFC线圈规格

PFC线圈采用垂直型6 + 6引脚线圈骨架，最大温升45°C，最大工作环境温度60°C。其电气特性包括初级电感700µH ± 10%，峰值初级电流3.5Apk，RMS初级电流1.25ARMS。

AHB变压器规格

AHB变压器采用水平型7 + 7引脚线圈骨架，最大温升45°C，最大工作环境温度60°C，符合EN60950的市电绝缘要求。其电气特性包括初级电感400µH ± 10%，最大泄漏电感10µH，最大峰值初级电流1.93Apk，RMS初级电流0.75ARMS。

七、总结

这款90W AC - DC非对称半桥适配器在电气性能、保护功能和热性能等方面都表现出色。通过采用两级解决方案和先进的控制器，实现了高效、稳定的电源转换。工程师在设计类似电源适配器时，可以借鉴其电路拓扑、控制策略和组件选择等方面的经验。同时，我们也可以思考如何进一步优化该设计，提高效率和降低成本，以满足不断发展的电子设备需求。你在电源设计中遇到过哪些挑战呢？欢迎在评论区分享。