开关电源设计高效率开关电源设计实例课件

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开关关电电源源的的效效率率要要素素稳稳压压的的效效率率不不如如不不稳稳压压的的；隔隔离离的的不不如如不不隔隔离离的的；宽宽电电压压范范围围不不如如窄窄电电压压范范围围。设设计计实实例例1.应应用用常常规规控控制制芯芯片片的的实实现现方方法法；2.准准谐谐振振反反激激式式开开关关电电源源的的实实现现方方法法；3.LLC半半桥桥谐谐振振变变换换器器设设计计；4.自自然然零零电电压压开开关关变变换换器器与与直直流流母母线线变变换换器器的的实实现现；5.有有源源箝箝位位变变换换器器的的设设计计实实例例（一一）应应用用常常规规控控制制芯芯片片实实现现高高效效率率开开关关电电源源采采用用无无源源无无损损耗耗缓缓冲冲电电路路的的UC3842应应用用电电路路应应用用TOP Switch的的高高效效率率开开关关电电源源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.应应用用TOP Switch的的高高效效率率开开关关电电源源实实现现高高效效率率的的要要点点：利利用用TOP Swtch的的漏漏源源极极低低寄寄生生电电容容的的特特点点大大幅幅度度降降低低TOP Swtch的的应应用用电电流流来来获获得得比比较较高高的的电电源源效效率率。利利用用肖肖特特基基二二极极管管的的低低导导通通电电压压和和大大幅幅度度电电流流降降额额使使用用可可以以降降低低导导通通电电压压的的特特点点降降低低输输出出整整流流器器的的损损耗耗，提提高高整整个个电电路路的的效效率率。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l lTOP SwtchTOP Swtch的降额应用。的降额应用。的降额应用。的降额应用。l l按按按按Power intPower int公司给出的公司给出的公司给出的公司给出的TOP SwtchTOP Swtch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。l l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。开开关关管管降降额额使使用用的的意意义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，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变换器变换器开关管的损耗开关管的损耗MOSFET大大幅幅度度降降额额的的问问题题很很明明显显，采采用用MOSFET从从5.2A的的IRF220提提升升到到18A的的IRF640，导导通通电电阻阻从从0.8降降低低到到0.18。在在IRF640降降低低开开关关频频率率下下的的开开通通损损耗耗降降低低67mW，导导通通损损耗耗降降低低约约650mW，但但是是开开关关损损耗耗却却增增加加了了700mW，总总损损耗耗仅仅降降低低14%。由由此此可可见见，当当开开关关频频率率比比较较高高时时，低低寄寄生生电电容容的的TOP Switch大大幅幅度度降降额额使使用用比比MOSFET更更具具有有意意义义输输出出整整流流器器效效率率的的提提高高通通常常输输出出电电压压高高于于12V时时多多采采用用超超快快速速二二极极管管；在在本本设设计计实实例例中中，为为了了降降低低输输出出整整流流器器的的导导通通损损耗耗而而采采用用肖肖特特基基二二极极管管；采采用用了了大大幅幅度度电电流流降降额额使使用用，输输出出电电流流为为3.6A却却用用了了两两只只20A/100V的的肖肖特特基基二二极极管管，使使得得电电流流降降额额达达90%！这这样样肖肖特特基基二二极极管管的的导导通通电电压压将将从从约约0.7V降降低低到到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变压压器器的的相相关关参参数数变变压压器器绕绕组组结结构构变变压压器器次次级级绕绕组组采采用用铜铜箔箔绕绕制制测测试试结结果果（输输入入电电压压与与效效率率的的关关系系）测测试试结结果果（输输出出功功率率与与效效率率的的关关系系）测测试试结结果果（待待机机损损耗耗与与输输入入电电压压的的关关系系）测测试试结结果果（电电源源电电压压调调整整率率）测测试试结结果果（负负载载电电流流调调整整率率）过过电电流流保保护护与与输输入入电电压压的的关关系系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设计计实实例例应应用用infineon的的TDA16888是是功功率率因因数数校校正正与与单单端端正正激激变变换换器器二二合合一一的的控控制制IC。可可以以方方便便的的构构成成的的具具有有功功率率因因数数校校正正功功能能的的双双管管箝箝位位的的双双管管正正激激开开关关电电源源。评估板照片评估板照片电路特点电路特点通过功率因数校正，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。主主回回路路控控制制电电路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图图控控制制电电路路电电路路板板图图磁磁性性元元件件设设计计功功率率因因数数校校正正电电感感设设计计功功率率变变压压器器设设计计输输出出滤滤波波电电感感设设计计功功率率因因数数校校正正电电感感设设计计选选择择金金属属粉粉环环：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变压压器器参参数数磁磁芯芯在在电电路路板板的的安安装装尺尺寸寸输出滤波电感设计输出滤波电感设计输输出出滤滤波波电电感感绕绕组组结结构构输输出出滤滤波波电电感感参参数数效效率率分分析析效效率率分分析析损损耗耗分分析析损损耗耗分分析析