高效率开关电源设计参考.ppt

1、三、高效率开关电源设计实例三、高效率开关电源设计实例开关电源的效率要素开关电源的效率要素稳压的效率不如不稳压的；稳压的效率不如不稳压的；隔离的不如不隔离的；隔离的不如不隔离的；宽电压范围不如窄电压范围。宽电压范围不如窄电压范围。设计实例设计实例1.应用常规控制芯片的实现方法；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；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；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自然零电压开关变换器与直流母线变换器的实现；器的实现；5.有源箝位变换器的设计实例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（一

2、）应用常规控制芯片实现高效率开关电源率开关电源采用无源无损耗缓冲电路的采用无源无损耗缓冲电路的UC3842应应用电路用电路应用应用TOP Switch的高效率开关电源的高效率开关电源1.应用普通的控制芯片应用普通的控制芯片UC3842的的设计实例设计实例采用无源无损耗缓冲电路的采用无源无损耗缓冲电路的UC3842应用电路应用电路 采用无源无损耗缓冲电路的采用无源无损耗缓冲电路的UC3842应用电路板图应用电路板图2.应用应用TOP Switch的高效率开关电源的高效率开关电源实现高效率的要点：实现高效率的要点：利用利用TOP Swtch的漏源极低寄生电容的特的漏源极低寄生电容的特点大幅度降低点

3、大幅度降低TOP Swtch的应用电流来获的应用电流来获得比较高的电源效率。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，提高整个电路的效低输出整流器的损耗，提高整个电路的效率。率。70W反激式开关电源电路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电路图高效率的获得高效率的获得TOP TOP SwtchSwtch的降额应用。的降额应用。的降额应用。的降额应用。按按按按Power Power intint公司给出的公司给出的公司给出的公司给出的TO

4、P TOP SwtchSwtch的规格与输出电压的规格与输出电压的规格与输出电压的规格与输出电压的关系。的关系。的关系。的关系。很显然，应用输出功率很显然，应用输出功率很显然，应用输出功率很显然，应用输出功率250W250W的的的的TOP250TOP250实现实现实现实现70W70W的电的电的电的电源，几乎降额到约源，几乎降额到约源，几乎降额到约源，几乎降额到约28%28%使用，这样就可以大幅度降低导使用，这样就可以大幅度降低导使用，这样就可以大幅度降低导使用，这样就可以大幅度降低导通损耗。通损耗。通损耗。通损耗。型号型号TOPTOP242242TOPTOP243243TOPTOP244244

5、TOPTOP245245TOPTOP246246TOPTOP247247TOPTOP248248TOPTOP249249输出输出功率功率22W22W 45W45W 65W65W 85W85W 125125WW165165WW205205WW250250WW开关管降额使用的意义开关管降额使用的意义电流断续型反激式开关电源在电流断续型反激式开关电源在220V输入电压等输入电压等级时级时70W输出功率大概需要输出功率大概需要2.3A的开关管电流。的开关管电流。在占空比为在占空比为0.4的条件下，的条件下，2.3A峰值电流对应的峰值电流对应的有效值电流为有效值电流为0.84A；在在100结温下，结温下

6、，TOP249TOP249的导通电阻为的导通电阻为2.152.15；对应的导通损耗为对应的导通损耗为1.52W1.52W，如果不降额使用，将，如果不降额使用，将采用采用TOP245TOP245，在，在100100结温导通电阻为结温导通电阻为6.456.45；对应的导通损耗为对应的导通损耗为4.55W4.55W。显然，通过开关管的降额使用可以使导通损耗降显然，通过开关管的降额使用可以使导通损耗降低低3W3W，仅此一点，整机效率可以提高至少，仅此一点，整机效率可以提高至少4%4%。MOSFET大幅度降额的问题大幅度降额的问题输入电压输入电压3575V输出输出5V/6A的的DC/DC变换器变换器开关

7、管的损耗开关管的损耗器件器件器件器件 导通电导通电导通电导通电阻阻阻阻（）最大占最大占最大占最大占空比空比空比空比（%）频率频率频率频率（kHzkHz）开通损开通损开通损开通损耗耗耗耗（mWmW）导通损导通损导通损导通损耗耗耗耗（mWmW）关断损关断损关断损关断损耗耗耗耗（mWmW）总损耗总损耗总损耗总损耗（mWmW）IRFR2IRFR220 20 0.600.600.3670.3673903901351351115111517017014201420IRF64IRF640NS 0NS 0.180.180.5080.508227227888836536578778712401240IRF63I

8、RF634S4S0.450.450.4380.43830930911011076676621421410901090DPA4DPA424240.750.750.5580.55840640611111179879822122111301130DPA4DPA425250.380.380.5550.555415415108108461461367367936936MOSFET大幅度降额的问题大幅度降额的问题很明显，采用很明显，采用MOSFET从从5.2A的的IRF220提提升到升到18A的的IRF640，导通电阻从，导通电阻从0.8降低降低到到0.18。在。在IRF640降低开关降低开关频率下的开率

9、下的开通通损耗降低耗降低67mW，导通通损耗降低耗降低约650mW，但是开关，但是开关损耗却增加了耗却增加了700mW，总损耗耗仅降低降低14%。由此可由此可见见，当开关，当开关频频率比率比较较高高时时，低寄生，低寄生电电容的容的TOP Switch大幅度降大幅度降额额使用比使用比MOSFET更具有意更具有意义义输出整流器效率的提高输出整流器效率的提高通常输出电压高于通常输出电压高于12V时多采用超快速二极时多采用超快速二极管；管；在本设计实例中，为了降低输出整流器的在本设计实例中，为了降低输出整流器的导通损耗而采用肖特基二极管；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

10、采用了大幅度电流降额使用，输出电流为3.6A却用了两只却用了两只20A/100V的肖特基二极管，的肖特基二极管，使得电流降额达使得电流降额达90%！这样肖特基二极管的导通电压将从约这样肖特基二极管的导通电压将从约0.7V降低到降低到0.4V。70W反激式开关电源电路电路板图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的相关参数变压器绕组结构变压器绕组结构变压器次级绕组采用铜箔绕制变压器次级绕组采用铜箔绕制测试结果测试结果（输入电压与效率的关系）（输入电压与效率的关系）测试结果测试结果（输出功率与效率的关系）（输出功率与效率的关系）测试结果测试结果（待机损耗与输入电压的关系）（待机

11、损耗与输入电压的关系）测试结果测试结果（电源电压调整率）（电源电压调整率）测试结果测试结果（负载电流调整率）（负载电流调整率）过电流保护与输入电压的关系过电流保护与输入电压的关系3.应用应用TDA16888实现双管箝位实现双管箝位正激式开关电源的设计实例正激式开关电源的设计实例设计实例设计实例应用应用infineon的的TDA16888是功率因数校正是功率因数校正与单端正激变换器二合一的控制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。的双管箝位的双管正激开关电源。评估板照片评估板照片电路特点电路特点通过

12、功率因数校正，将开关电源的输入功通过功率因数校正，将开关电源的输入功率因数校正到接近于率因数校正到接近于1。同时得到整流输出。同时得到整流输出电压得到与稳定，有利于电压得到与稳定，有利于DC/DC变换器的变换器的工作状态；工作状态；DC/DC变换器部分采用双管箝位变换器；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输出采用同步整流技术可以有效提高电源效率；源效率；由于由于DC/DC变换器的输入电压基本稳定，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。的自供电同步整流驱动电路。主回路主回路控制

13、电路控制电路主电路板的元件排布图主电路板的元件排布图主电路板顶层主电路板顶层PCB图图主电路板底层主电路板底层PCB图图控制电路电路板图控制电路电路板图磁性元件设计磁性元件设计功率因数校正电感设计功率因数校正电感设计功率变压器设计功率变压器设计输出滤波电感设计输出滤波电感设计功率因数校正电感设计功率因数校正电感设计选择金属粉环：选择金属粉环：epcos的的77930-A7 电感量：电感量：L=490 H功率变压器设计功率变压器设计变压器结构变压器结构变压器参数变压器参数磁芯在电路板的安装尺寸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设计输出滤波电感绕组结构输出滤波电感绕组结构输出滤波电感参数输出滤波电感参数效率分析效率分析效率分析效率分析损耗分析损耗分析损耗分析损耗分析