高效开关电源设计 - 高效率开关电源设计思路

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1、高效率开关电源设计思路高效率开关电源设计思路陈永真陈永真0416chenyongzhen@163.com0416chenyongzhen@163.com一、开关电源损耗分析与一、开关电源损耗分析与减小的方法减小的方法变换器的损耗主要是开关管的损耗变换器的损耗主要是开关管的损耗1.1.开关管的导通损耗；开关管的导通损耗；2.2.开关管的开关损耗。开关管的开关损耗。开关管的导通损耗开关管的导通损耗其中的电压和电流均为有效值。其中的电压和电流均为有效值。矩形波是占空比与有效值的关系矩形波是占空比与有效值的关系降低开关管的导通电压

2、可以有效地降低开关管的导通电压可以有效地降低导通损耗降低导通损耗1.1.对于对于MOSFETMOSFET而言，降低导通电阻可以而言，降低导通电阻可以有效降低导通损耗。有效降低导通损耗。例如将例如将IRF840IRF840换成换成IRF740IRF740可以将导通可以将导通电阻从电阻从0.80.8ΩΩ降低到降低到0.550.55ΩΩ，导通损耗可以，导通损耗可以降低降低40%40%以上；以上；如果采用如果采用CoolMOSCoolMOS的的SPP07N06C3SPP07N06C3（（RRDS（ON）=0.6=0.6ΩΩ）替代）

3、替代IRFBC40IRFBC40（（RRDS（ON）=1.2=1.2ΩΩ）导通损耗可以降低一半。）导通损耗可以降低一半。尽可能增加占空比可以降低导通损耗尽可能增加占空比可以降低导通损耗在开关管额定电流相同的条件下。占空比在开关管额定电流相同的条件下。占空比为为0.50.5的导通损耗是占空比的导通损耗是占空比0.40.4的导通损耗的的导通损耗的80%80%MOSFETMOSFET作为开关管时，导通损耗一般占作为开关管时，导通损耗一般占开关管总损耗的开关管总损耗的2/32/3；；IGBTIGBT作为开关管时，导通损耗一般占开关

4、作为开关管时，导通损耗一般占开关管总损耗的管总损耗的1/31/3。。开关管开关损耗产生的原因开关管开关损耗产生的原因开关管开关损耗的减小开关管开关损耗的减小1.1.修正开关管的电压电流波形相位，使其修正开关管的电压电流波形相位，使其尽可能的错开尽可能的错开2.2.缓冲电容器复位，为下一次起作用做好缓冲电容器复位，为下一次起作用做好准备；准备；开关过程的负载线开关过程的负载线缓冲电路缓冲电路DCRDCR存在的问题存在的问题1.1.将开关管的损耗转移到缓冲电路中。实际将开关管的损耗转移到缓冲电路中。实际上并没有提高效率。上并没

5、有提高效率。解决的思路解决的思路1.1.需要将缓冲电容器复位释放的能量回收；需要将缓冲电容器复位释放的能量回收；2.2.采用采用LCLC谐振使缓冲电容器电压复位谐振使缓冲电容器电压复位LCLC谐振复位的单管变换器缓冲电路谐振复位的单管变换器缓冲电路缓冲电路作用期间缓冲电路作用期间缓冲电路的复位过程缓冲电路的复位过程相关波形相关波形双管箝位的无源无损耗缓冲电路双管箝位的无源无损耗缓冲电路开关管导通状态开关管导通状态缓冲电路起作用期间的等效电路缓冲电路起作用期间的等效电路箝位二极管导通箝位二极管导通开关管重新导通与缓冲电路复位

6、开关管重新导通与缓冲电路复位无源无损耗缓冲电路对效率的贡献无源无损耗缓冲电路对效率的贡献与与RCDRCD缓冲电路相比，无源无损耗缓冲电缓冲电路相比，无源无损耗缓冲电路可以提高效率路可以提高效率3~5%3~5%。。无源无损耗缓冲电路的优缺点无源无损耗缓冲电路的优缺点优点：可以不改变原有的控制方式，只需优点：可以不改变原有的控制方式，只需将无源无损耗缓冲电路直接替代将无源无损耗缓冲电路直接替代RCDRCD缓冲缓冲电路即可。电路即可。缺点：缓冲电路中二极管的反向恢复可能缺点：缓冲电路中二极管的反向恢复可能引起某种程度的电磁干扰；

7、二级管和复位引起某种程度的电磁干扰；二级管和复位电感仍会产生一些损耗；缓冲电路复位时电感仍会产生一些损耗；缓冲电路复位时将增加开关管的导通损耗。将增加开关管的导通损耗。如何克服无源无损耗缓冲电路的缺点？如何克服无源无损耗缓冲电路的缺点？1.1.问题在于电路中存在二极管、复位电感；问题在于电路中存在二极管、复位电感；2.2.上述器件在工作过程中均存在损耗问题；上述器件在工作过程中均存在损耗问题；3.3.解决问题的思路是：设法去掉缓冲电路中的二解决问题的思路是：设法去掉缓冲电路中的二极管和复位电感；极管和复位电感；4.4.复位

8、电感问题如何解决？可以利用变压器的初复位电感问题如何解决？可以利用变压器的初级激磁电感；级激磁电感；5.5.这就是准谐振反激式开关电源基本设计思路。这就是准谐振反激式开关电源基本设计思路。准谐振反激式开关电源原准谐振反激式开关电源原理理准谐振反激式开关电源的主电路准谐振反激式开关电源的主电路缓冲电路作用