12-3高效率開關(guān)電源設計2(編輯修改稿)
2025-03-27 00:54 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 額定反向電壓下的漏電流將達到 100mA，在 40V的反向電壓下的漏電流損耗將達到 4W。對于 15A/和電流與 15A/ 更低。僅為想象中的效率提高程度的 70%。 而在降額一般使用時，肖特基二極管減小的導通損耗與增加的漏電流損耗將相近！這時應用肖特基二極管將沒有意義。 如果將漏電流減小到 1/3甚至更低，則漏電流的損耗就可能在眾多損耗中忽略。 35 同步整流器可以提高輸出整流器的效率 在低壓整流輸出時，僅僅采用肖特基二極管的電源效率不會很高，對于 5V輸出一般為 79%或低于 70%， 會更低！ 由于肖特基二極管是所有二極管中導通電壓最低，如果肖特基二極管的導通電壓不能滿意將找不到合適的二極管。 選用 MOSFET可以使得整流器的導通電壓降低于 ，甚至可以低于 ！ 36 3. 變壓器與電感損耗分析 開關(guān)管、二極管的損耗有效降低后，磁性元件的損耗將是進一步提高開關(guān)電源效率的突破點 37 變壓器漏感儲能的處理與效率 變壓器的漏感儲能在每一次開關(guān)過程中完全釋放； 這個儲能不能耦合到輸出，只能在變壓器的初級側(cè)進行交換； 在常規(guī)技術(shù)中，單管正激、反激式開關(guān)電源對于變壓器的漏感是通過變壓器初級側(cè)的箝位電路吸收實現(xiàn)開關(guān)過程中的漏感電壓箝位。 38 變壓器漏感儲能的處理與效率（ 1） 如果箝位電路是 RCD電路，則漏感的儲能將被完全轉(zhuǎn)化為熱能消耗掉，使得電源的效率降低。 為了使這一部分能量不轉(zhuǎn)化為熱量，需要將箝位電路改為有源箝位或準諧振電路結(jié)構(gòu)和相應的工作模式。 或者將單管電路結(jié)構(gòu)變?yōu)殡p管箝位電路結(jié)構(gòu)，這樣就可以使變壓器漏感中的儲能在開關(guān)管關(guān)斷過程回饋的直流母線。 39 變壓器激磁電感 儲能的處理與效率（ 2） 變壓器的磁路中的磁場由激磁電感建立，在開關(guān)過程中，單管正激電路結(jié)構(gòu)將其儲能釋放到箝位電路中，折算為功率就是f﹡ LIM2/2。 如果箝位電路采用 RCD，則這部分的能量將完全被轉(zhuǎn)化為熱能，使得開關(guān)電源的效率降低。 可以采用繞組箝位或有源箝位電路將這部分能量回饋到直流母線或箝位電容中作為磁通復位時反向激磁的能量。 40 變壓器激磁電感 儲能的處理與效率（ 3） 如果電路采用橋式電路結(jié)構(gòu)或推挽式電路結(jié)構(gòu)，則變壓器的激磁電感的儲能在每一側(cè)開關(guān)管關(guān)斷后作為另一側(cè)開關(guān)管開通時的反向激磁電流分量。 這種通過正反向激磁的方式充分利用激磁電感中的儲能。 41 變壓器激磁電感與漏感儲能的處理與效率 如果單管正激、反激式開關(guān)電源采用雙管箝位電路結(jié)構(gòu)則可以用直流母線實現(xiàn)電壓的箝位，這時的變壓器激磁電感與漏感儲能將回饋到直流母線中。 因此，常規(guī)技術(shù)的 雙管箝位電路 的效率比單管電路 的 效率高 一些。 其差值主要是變壓器激磁電感與漏感儲能的處理方式 42 變壓器漏電感 儲能的處理與效率 在橋式電路結(jié)構(gòu)和推挽式電路結(jié)構(gòu)中，變壓器漏感的儲能可以部分回饋到直流母線。 43 4. 電容器損耗分析 電容器的損耗主要是輸入整流濾波電容器的損耗和輸出整流濾波電容器的損耗。 44 輸入整流濾波電容器的損耗分析 例如一個 100μF/400V的鋁電解電容器的等效串聯(lián)電阻 (ESR)約 2Ω，在 220V市電供電條件下 100μF/400V的鋁電解電容器作為100W開關(guān)電源的整流濾波電容器將流過近1A的整流紋波電流，還有變換器部分的高頻開關(guān)頻率的紋波電流。 這時的這個電容器損耗近 2W，在高效率開關(guān)電源的設計中，如果能夠降低這一部分的損耗也會對整個電路效率的提高起到有益的作用。 45 輸出整流濾波電容器的損耗分析 由于輸出整流濾波電容器需要吸收輸出整流后剩余的紋波電流，因此也會造成輸出整流濾波電容器的損耗。 在各種電路結(jié)構(gòu)中，電流斷續(xù)型反激式開關(guān)電源的輸出整流濾波所產(chǎn)生的紋波電流最大，電容的損耗也最大。 需要選擇 ESR低的電容器。 46 5. 緩沖電路的損耗 為了降低開關(guān)電源的電磁干擾，需要降低開關(guān)管的di/dt、 dv/dt，常利用緩沖電路實現(xiàn)。 如果緩沖電路是 RC或 RCD形式，就會產(chǎn)生損耗。 如果選用 LC或 LCD電路形式則可以大幅度降低緩沖電路的損耗。這其中還是存在 L、 D的損耗以及電容器電壓復位時的開關(guān)管的損耗。 采用軟開關(guān)或零電壓開關(guān)可以省去緩沖電路，也沒有了緩沖電路的損耗。 47 （四）減小開關(guān)損耗分析 48 用常規(guī)技術(shù)減小開關(guān)管開關(guān)損耗 1. 修正開關(guān)管的電壓電流波形相位，使其盡可能的錯開 2. 緩沖電容器復位，為下一次起作用做好準備； 49 開關(guān)過程的負載線 50 緩沖電路 51 DCR存在的問題 將開關(guān)管的損耗轉(zhuǎn)移到緩沖電路中，實際上并沒有提高效率。 解決思路： 需要將緩沖電容器復位釋放的能量回收 采用 LC諧振使緩沖電容器電壓復位 52 采用諧
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