開(kāi)關(guān)電源設(shè)計(jì)高效率開(kāi)關(guān)電源設(shè)計(jì)實(shí)例

開(kāi)關(guān)電源設(shè)計(jì)高效率開(kāi)關(guān)電源設(shè)計(jì)實(shí)例第1頁(yè)/共56頁(yè)開(kāi)關(guān)電源的效率要素穩(wěn)壓的效率不如不穩(wěn)壓的；隔離的不如不隔離的；寬電壓范圍不如窄電壓范圍。第2頁(yè)/共56頁(yè)設(shè)計(jì)實(shí)例1.應(yīng)用常規(guī)控制芯片的實(shí)現(xiàn)方法；2.準(zhǔn)諧振反激式開(kāi)關(guān)電源的實(shí)現(xiàn)方法；3.LLC半橋諧振變換器設(shè)計(jì)；4.自然零電壓開(kāi)關(guān)變換器與直流母線變換器的實(shí)現(xiàn)；5.有源箝位變換器的設(shè)計(jì)實(shí)例第3頁(yè)/共56頁(yè)（一）應(yīng)用常規(guī)控制芯片實(shí)現(xiàn)高效率開(kāi)關(guān)電源采用無(wú)源無(wú)損耗緩沖電路的UC3842應(yīng)用電路應(yīng)用TOPSwitch的高效率開(kāi)關(guān)電源第4頁(yè)/共56頁(yè)應(yīng)用普通的控制芯片UC3842的

設(shè)計(jì)實(shí)例第5頁(yè)/共56頁(yè)采用無(wú)源無(wú)損耗緩沖電路的UC3842應(yīng)用電路

第6頁(yè)/共56頁(yè)采用無(wú)源無(wú)損耗緩沖電路的UC3842應(yīng)用電路板圖第7頁(yè)/共56頁(yè)2.應(yīng)用TOPSwitch的高效率開(kāi)關(guān)電源實(shí)現(xiàn)高效率的要點(diǎn)：利用TOPSwtch的漏源極低寄生電容的特點(diǎn)大幅度降低TOPSwtch的應(yīng)用電流來(lái)獲得比較高的電源效率。利用肖特基二極管的低導(dǎo)通電壓和大幅度電流降額使用可以降低導(dǎo)通電壓的特點(diǎn)降低輸出整流器的損耗，提高整個(gè)電路的效率。第8頁(yè)/共56頁(yè)70W反激式開(kāi)關(guān)電源電路第9頁(yè)/共56頁(yè)評(píng)估電路外觀第10頁(yè)/共56頁(yè)評(píng)估電路電路板圖片第11頁(yè)/共56頁(yè)電路圖第12頁(yè)/共56頁(yè)高效率的獲得TOPSwtch的降額應(yīng)用。按Powerint公司給出的TOPSwtch的規(guī)格與輸出電壓的關(guān)系。很顯然，應(yīng)用輸出功率250W的TOP250實(shí)現(xiàn)70W的電源，幾乎降額到約28%使用，這樣就可以大幅度降低導(dǎo)通損耗。型號(hào)TOP242TOP243TOP244TOP245TOP246TOP247TOP248TOP249輸出功率22W45W65W85W125W165W205W250W第13頁(yè)/共56頁(yè)開(kāi)關(guān)管降額使用的意義電流斷續(xù)型反激式開(kāi)關(guān)電源在220V輸入電壓等級(jí)時(shí)70W輸出功率大概需要2.3A的開(kāi)關(guān)管電流。在占空比為0.4的條件下，2.3A峰值電流對(duì)應(yīng)的有效值電流為0.84A；在100℃結(jié)溫下，TOP249的導(dǎo)通電阻為2.15Ω；對(duì)應(yīng)的導(dǎo)通損耗為1.52W，如果不降額使用，將采用TOP245，在100℃結(jié)溫導(dǎo)通電阻為6.45Ω；對(duì)應(yīng)的導(dǎo)通損耗為4.55W。顯然，通過(guò)開(kāi)關(guān)管的降額使用可以使導(dǎo)通損耗降低3W，僅此一點(diǎn)，整機(jī)效率可以提高至少4%。第14頁(yè)/共56頁(yè)MOSFET大幅度降額的問(wèn)題第15頁(yè)/共56頁(yè)輸入電壓35~75V輸出5V/6A的DC/DC變換器開(kāi)關(guān)管的損耗器件導(dǎo)通電阻（Ω）最大占空比（%）頻率（kHz）

開(kāi)通損耗（mW）導(dǎo)通損耗（mW）

關(guān)斷損耗（mW）

總損耗（mW）

IRFR2200.600.36739013511151701420IRF640NS0.180.508227883657871240IRF634S0.450.4383091107662141090DPA4240.750.5584061117982211130DPA4250.380.555415108461367936第16頁(yè)/共56頁(yè)MOSFET大幅度降額的問(wèn)題很明顯，采用MOSFET從5.2A的IRF220提升到18A的IRF640，導(dǎo)通電阻從0.8Ω降低到0.18Ω。在IRF640降低開(kāi)關(guān)頻率下的開(kāi)通損耗降低67mW，導(dǎo)通損耗降低約650mW，但是開(kāi)關(guān)損耗卻增加了700mW，總損耗僅降低14%。由此可見(jiàn)，當(dāng)開(kāi)關(guān)頻率比較高時(shí)，低寄生電容的TOPSwitch大幅度降額使用比MOSFET更具有意義第17頁(yè)/共56頁(yè)輸出整流器效率的提高通常輸出電壓高于12V時(shí)多采用超快速二極管；在本設(shè)計(jì)實(shí)例中，為了降低輸出整流器的導(dǎo)通損耗而采用肖特基二極管；采用了大幅度電流降額使用，輸出電流為3.6A卻用了兩只20A/100V的肖特基二極管，使得電流降額達(dá)90%！這樣肖特基二極管的導(dǎo)通電壓將從約0.7V降低到0.4V。第18頁(yè)/共56頁(yè)70W反激式開(kāi)關(guān)電源電路電路板圖第19頁(yè)/共56頁(yè)變壓器設(shè)計(jì)第20頁(yè)/共56頁(yè)變壓器的相關(guān)參數(shù)第21頁(yè)/共56頁(yè)變壓器繞組結(jié)構(gòu)第22頁(yè)/共56頁(yè)變壓器次級(jí)繞組采用銅箔繞制第23頁(yè)/共56頁(yè)測(cè)試結(jié)果

（輸入電壓與效率的關(guān)系）第24頁(yè)/共56頁(yè)測(cè)試結(jié)果

（輸出功率與效率的關(guān)系）第25頁(yè)/共56頁(yè)測(cè)試結(jié)果

（待機(jī)損耗與輸入電壓的關(guān)系）第26頁(yè)/共56頁(yè)測(cè)試結(jié)果

（電源電壓調(diào)整率）第27頁(yè)/共56頁(yè)測(cè)試結(jié)果

（負(fù)載電流調(diào)整率）第28頁(yè)/共56頁(yè)過(guò)電流保護(hù)與輸入電壓的關(guān)系第29頁(yè)/共56頁(yè)3.應(yīng)用TDA16888實(shí)現(xiàn)雙管箝位

正激式開(kāi)關(guān)電源的設(shè)計(jì)實(shí)例第30頁(yè)/共56頁(yè)設(shè)計(jì)實(shí)例應(yīng)用infineon的TDA16888是功率因數(shù)校正與單端正激變換器二合一的控制IC。可以方便的構(gòu)成的具有功率因數(shù)校正功能的雙管箝位的雙管正激開(kāi)關(guān)電源。第31頁(yè)/共56頁(yè)評(píng)估板照片第32頁(yè)/共56頁(yè)第33頁(yè)/共56頁(yè)電路特點(diǎn)通過(guò)功率因數(shù)校正，將開(kāi)關(guān)電源的輸入功率因數(shù)校正到接近于1。同時(shí)得到整流輸出電壓得到與穩(wěn)定，有利于DC/DC變換器的工作狀態(tài)；DC/DC變換器部分采用雙管箝位變換器；5V輸出采用同步整流技術(shù)可以有效提高電源效率；由于DC/DC變換器的輸入電壓基本穩(wěn)定，同步整流器可以采用電路簡(jiǎn)單，成本低廉的自供電同步整流驅(qū)動(dòng)電路。第34頁(yè)/共56頁(yè)主回路第35頁(yè)/共56頁(yè)控制電路第36頁(yè)/共56頁(yè)主電路板的元件排布圖第37頁(yè)/共56頁(yè)主電路板頂層PCB圖第38頁(yè)/共56頁(yè)主電路板底層PCB圖第39頁(yè)/共56頁(yè)控制電路電路板圖第40頁(yè)/共56頁(yè)磁性元件設(shè)計(jì)功率因數(shù)校正電感設(shè)計(jì)功率變壓器設(shè)計(jì)輸出濾波電感設(shè)計(jì)第41頁(yè)/共56頁(yè)功率因數(shù)校正電感設(shè)計(jì)選擇金屬粉環(huán)：epcos的77930-A7第42頁(yè)/共56頁(yè)電感量：L=490μH第43頁(yè)/共56頁(yè)第44頁(yè)/共56頁(yè)功率變壓器設(shè)計(jì)第45頁(yè)/共56頁(yè)變壓器結(jié)構(gòu)第46頁(yè)/共56頁(yè)變壓器參數(shù)第47頁(yè)/共56頁(yè)磁芯在電路板的安裝尺寸第48頁(yè)/共56頁(yè)輸出濾波電感設(shè)計(jì)第49頁(yè)/