開關電源設計案例詳解

開關電源某些參數做得不好會造成EMC難過關、待機功耗大、效率不高。要怎么樣減小開關電源的待機功耗、提高開關電源的效率是全球電源行業共同關注的問題。本文配圖講述綠色開關電源設計要點。

隨著現代科學技術的發展，器件的性能提高，特別是節能型電源芯片如雨后春筍般涌現，加上電路設計的成熟，要設計效率高、待機功耗小的節能型開關電源已是不太難的事情，設計節能型開關電源正是適應了節能減排的需求。近幾年來，美國能源之星的實行對設計和制造高性能的節能型開關電源起到了推波助瀾的作用。

符合能源之星的開關電源又叫綠色開關電源，針對開關電源的能源之星已經有了多個版本，隨著版本的升級，開關電源的效率越來越高，待機功耗越來越小，但設計難度也會越來越大。開關電源的效率一般在滿載輸出功率時探測，但CEC（美國加州）及能源之星規范中對設計的均勻效率是在負載的四個探測點進行實際測量，這四個點是：25%，50%，75%及100%，設計是有一定難度的。

本人今朝以圖一的電路圖為例，以美國加州能源之星法案（Ⅳ等級）TableU-2（2008年1月執行）為設計根據來闡述設計綠色開關電源的要點。美國加州能源之星法案（Ⅳ等級）TableU-2的要求如下：

留意1：表中Pn是外置型開關電源的標準輸出功率，Ln是自然對數。

留意2：美國加州能源之星是強制執行的，是美國加州地辦法規。進入美國加州的商品開關電源非得遵守這一法規。我國不少廠商是按照美國加州能源之星法案來設計和加工綠色開關電源的。

圖一所示是輸出為12V3A的并聯型反激式開關電源，作為14英寸至17英寸的液晶顯示器的電源適配器之用。

綠色開關電源的設計要點

綠色開關電源的主要內容是效率高，待機功耗小。36W的效率要求大于83%，待機功耗要小于0.5W。今朝的電源芯片供應商提供的一般都是綠色電源芯片，待機功耗一般都會很小。但是，效率高除了與芯片有關外，還與其它器件有流＋反向漏電流Idss×反壓，用6N60加散熱器可滿足要求。

二次整流管工作在高頻脈沖狀態下，在12V3A輸出時，要求工作耐壓大于輸出電壓的4倍，工作電流大于輸出電流的3倍，用耐壓60V，工作電流為16A的SB1660肖特基二極管可滿足要求，但一定要加散熱器。

電源芯片的功耗越小越好，因為它除了影響整機效率和待機功耗外，還涉及整機的工作穩定性，其功耗越大，溫升越高，工作越不穩定。如昂寶公司的綠色開關電源芯片0B2269AP，其正常工作功耗小于30mW，工作穩定。

開關變壓器的損耗是整機損耗的大頭，它包括銅損和磁損。簡單復制人家的優質開關變壓器很難做成損耗小的開關變壓器的，因為開關變壓器的損耗是一個復雜的關系，與磁芯的品質、設計、繞制工藝等有關。拿設計反激式開關變壓器而言，它與工作頻率、導通時間、繞制辦法、磁隙（磨磁芯）等有關。開關變壓器的設計是設計開關電源的核心，要有高深的理論知識和多年的經驗沉淀，優秀的開關電源設計工程師在選擇高品質的磁芯、結合先進的繞制工藝，能設計出效率高于97%的開關變壓器。圖一中的開關變壓器的磁芯選用浙江天通的EE-30L，開關工作頻率為65KHz，導通時間是0.42T（T是周期），初級78圈，次級8圈，芯片供電繞組9圈，初級電感量1.2mH，漏感小于35uH，變壓器的效率可達96%，工作時溫升低于60℃。阻尼吸收網絡由R2、C3、D1組成，D1用UF4007，C3用1000V4700PF的高壓瓷片電容器，R2為120K2W的電阻，R2與C3配合得好，脈沖吸收效果分明，R2與C3失配太多，不但損耗加大，還會輻射電磁波而使EMC過不了關。經探測，該網絡的損耗小于0.4W。要留意，該網絡的設計是與電源芯片、工作頻率、變壓器的設計有關的，不能使用于所有開關電源的電路。

由于二次整流管在工作時會萌生尖脈沖，在輸出中會重疊雜波，并且還會輻射電磁波而使EMC難過關，故要在二極管兩端并聯尖脈沖吸收網絡R8與C8，圖一中C8為22000PF100V的瓷片電容、R8為56歐姆0.5W的碳膜電阻，此吸收網絡也是有一定功耗的，C8越大R8越小，損耗越大。

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