高效率开关电源设计3

三、高效率开关电源设计实例开关电源的效率要素稳压的效率不如不稳压的；隔离的不如不隔离的；宽电压范围不如窄电压范围。设计实例1.应用常规控制芯片的实现方法；2.准谐振反激式开关电源的实现方法；3.LLC半桥谐振变换器设计；4.自然零电压开关变换器与直流母线变换器的实现；5.有源箝位变换器的设计实例（一）应用常规控制芯片实现高效率开关电源采用无源无损耗缓冲电路的UC3842应用电路应用TOPSwitch的高效率开关电源1.应用普通的控制芯片UC3842的设计实例采用无源无损耗缓冲电路的UC3842应用电路采用无源无损耗缓冲电路的UC3842应用电路板图2.应用TOPSwitch的高效率开关电源实现高效率的要点：利用TOPSwtch的漏源极低寄生电容的特点大幅度降低TOPSwtch的应用电流来获得比较高的电源效率。利用肖特基二极管的低导通电压和大幅度电流降额使用可以降低导通电压的特点降低输出整流器的损耗，提高整个电路的效率。70W反激式开关电源电路评估电路外观评估电路电路板图片电路图高效率的获得TOPSwtch的降额应用。按Powerint公司给出的TOPSwtch的规格与输出电压的关系。很显然，应用输出功率250W的TOP250实现70W的电源，几乎降额到约28%使用，这样就可以大幅度降低导通损耗。型号TOP242TOP243TOP244TOP245TOP246TOP247TOP248TOP249输出功率22W45W65W85W125W165W205W250W开关管降额使用的意义电流断续型反激式开关电源在220V输入电压等级时70W输出功率大概需要2.3A的开关管电流。在占空比为0.4的条件下，2.3A峰值电流对应的有效值电流为0.84A；在100℃结温下，TOP249的导通电阻为2.15Ω；对应的导通损耗为1.52W，如果不降额使用，将采用TOP245，在100℃结温导通电阻为6.45Ω；对应的导通损耗为4.55W。显然，通过开关管的降额使用可以使导通损耗降低3W，仅此一点，整机效率可以提高至少4%。MOSFET大幅度降额的问题输入电压35~75V输出5V/6A的DC/DC变换器开关管的损耗器件导通电阻（Ω）最大占空比（%）频率（kHz）开通损耗（mW）导通损耗（mW）关断损耗（mW）总损耗（mW）IRFR2200.600.36739013511151701420IRF640NS0.180.508227883657871240IRF634S0.450.4383091107662141090DPA4240.750.5584061117982211130DPA4250.380.555415108461367936MOSFET大幅度降额的问题很明显，采用MOSFET从5.2A的IRF220提升到18A的IRF640，导通电阻从0.8Ω降低到0.18Ω。在IRF640降低开关频率下的开通损耗降低67mW，导通损耗降低约650mW，但是开关损耗却增加了700mW，总损耗仅降低14%。由此可见，当开关频率比较高时，低寄生电容的TOPSwitch大幅度降额使用比MOSFET更具有意义输出整流器效率的提高通常输出电压高于12V时多采用超快速二极管；在本设计实例中，为了降低输出整流器的导通损耗而采用肖特基二极管；采用了大幅度电流降额使用，输出电流为3.6A却用了两只20A/100V的肖特基二极管，使得电流降额达90%！这样肖特基二极管的导通电压将从约0.7V降低到0.4V。70W反激式开关电源电路电路板图变压器设计变压器的相关参数变压器绕组结构变压器次级绕组采用铜箔绕制测试结果（输入电压与效率的关系）测试结果（输出功率与效率的关系）测试结果（待机损耗与输入电压的关系）测试结果（电源电压调整率）测试结果（负载电流调整率）过电流保护与输入电压的关系3.应用TDA16888实现双管箝位正激式开关电源的设计实例设计实例应用infineon的TDA16888是功率因数校正与单端正激变换器二合一的控制IC。可以方便的构成的具有功率因数校正功能的双管箝位的双管正激开关电源。评估板照片电路特点通过功率因数校正，将开关电源的输入功率因数校正到接近于1。同时得到整流输出电压得到与稳定，有利于DC/DC变换器的工作状态；DC/DC变换器部分采用双管箝位变换器；5V输出采用同步整流技术可以有效提高电源效率；由于DC/DC变换器的输入电压基本稳定，同步整流器可以采用电路简单，成本低廉的自供电同步整流驱动电路。主回路控制电路主电路板的元件排布图主电路板顶层PCB图主电路板底层PCB图控制电路电路板图磁性元件设计功率因数校正电感设计功率变压器设计输出滤波电感设计功率因数校正电感设计选择金属粉环：epcos的77930-A7电感量：L=490μH功率变压器设计变压器结构变压器参数磁芯在电路板的安装尺寸输出滤波电感设计输出滤波电感绕组结构输出滤波电感参数效率分析效率分析损耗分析损耗分析