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1、三、高效率开关电源设计实 例开关电源的效率要素l稳压的效率不如不稳压的；l隔离的不如不隔离的；l宽电压范围不如窄电压范围。设计实例l1. 应用常规控制芯片的实现方法；l2. 准谐振反激式开关电源的实现方法；l3. LLC半桥谐振变换器设计；l4. 自然零电压开关变换器与直流母线变换 器的实现；l5. 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l采用无源无损耗缓冲电路的UC3842应 用电路l应用TOP Switch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
2、图2. 应用TOP Switch的高效率开关电 源l实现高效率的要点：l利用TOP Swtch的漏源极低寄生电容的特 点大幅度降低TOP Swtch的应用电流来获 得比较高的电源效率。l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lTOP Swtch的降额应用。 l按Power int公司给出的TOP Swtch的规格与输出电压 的关系。l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
3、损耗。型号 TOP 242TOP 243TOP 244TOP 245TOP 246TOP 247TOP 248TOP 249输出 功率22W 45W 65W 85W 125 W165 W205 W250 W开关管降额使用的意义l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。 l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； l在100结温下，TOP249的导通电阻为2.15；l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6.45； l对应的导通损耗为4.55W。 l显然，通过
4、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3575V输出5V/6A的DC/DC变 换器开关管的损耗器件 导导通 电电阻（ ）最大占 空比 （%） 频频率（kHz） 开通损损 耗（mW ）导导通 损损耗（mW） 关断损损 耗（mW） 总损总损 耗（mW） IRFR2 20 0.600.36739013511151701420IRF64 0NS 0.180.508227883657871240IRF63 4S0.450.4383091107662141090DPA4 240.750.5584061117982211130DPA
5、4 250.380.555415108461367936MOSFET大幅度降额的问题l很明显，采用MOSFET从5.2A的IRF220提 升到18A的IRF640，导通电阻从0.8降低 到0.18。在IRF640降低开关频频率下的开 通损损耗降低67mW，导导通损损耗降低约约 650mW，但是开关损损耗却增加了700mW ，总损总损 耗仅仅降低14%。 l由此可见见，当开关频频率比较较高时时，低寄生 电电容的TOP Switch大幅度降额额使用比 MOSFET更具有意义义输出整流器效率的提高l通常输出电压高于12V时多采用超快速二极 管； l在本设计实例中，为了降低输出整流器得 到通损耗而采用
6、肖特基二极管； l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%！ l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l应用infineon的TDA16888是功
7、率因数校正 与单端正激变换器二合一的控制IC。l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l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；lDC/DC变换器部分采用双管箝位变换器；l5V输出采用同步整流技术可以有效提高电 源效率；l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l功率因数校正电感设计l功率变压器设计l输出滤波电感设计功率因数校正电感设计l选择金属粉环：epcos的77930 - A7 l电感量：L = 490 H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
