开关电源设计追求的目标
时间:2017-07-12 阅读:2188
相同体积的电源的功率耗散基本相同,因此,欲得到更大的输出功率,必须提率,同时,高的电源效率可以有效地减小功率半导体器件的应力,有利于提高其可靠性。
功率半导体器件的进步:率功率变换的根本
功率半导体器件的进步特别是PowerMOSFET的进步引发出功率变换的一系列的进步:PowerMOSFET的极快的开关速度,使开关电源的开关频率从双极晶体管的20kHz提高到100kHz以上,有效地减小了无源储能元件(电感、电容)的体积。低压PowerMOSFET使低压同步整流成为现实,器件的导通电压从肖特基二极管的0.5V左右,降低到同步整流器的0.1V甚至更低,使低压整流器的效率至少提高了10%。高压PowerMOSFET的导通压降和开关特性的改善,提高了开关电源的初级效率。功率半导体器件的功耗的降低也使散热器和整机的体积减小。
电源界有一个不成文的观点:不稳压的比稳压的效率高、不隔离的比隔离的效率高、窄范围输入电压的比宽范围输入的效率高。Vicor的48V输入电源模块的效率达到97%。交流输入开关电源需要功率因数校正,由于功率因数校正已具有稳压功能,在对输出纹波要求不高的应用(如输出接有蓄电池或超级电容器),可以采用功率因数校正加不调节的隔离变换器电路拓扑,国外在1986年已有产品,效率到达93%以上。
在DC48V输入电压的电源模块中,效率在93%以上的模块几乎无一例外地采用前级稳压、后级不调节隔离的方案,并且将*级的输出电容和第二级的输出电感取消,简化了电路结构。
国内的很多开关电源在设计上对结构设计的关注相对不够,有时会出现电源内的各部分温升不均,有的地方过热,有的地方几乎没有温升,甚至PCB上产生较大的损耗。一个好的开关电源应该是产生热的元件均匀分布在PCB上,而且发热元件的温升基本一致,PCB应有尽可能小的损耗,这在模块电源和塑料外壳的Adapter的设计中尤为重要。
效率提高的同时:电源的电磁干扰得到减小
在开关电源的各种损耗中,电磁干扰所产生的损耗,在电源效率高到一定水平后将不容忽视。一方面电磁干扰本身消耗能量,特别是电源效率的提高往往需要软开关技术或零电压开关或零电流开关技术(无论是专门设置还是电路本身固有),应用这些技术减缓了开关过程的电压、电流的变化速率或消除了开关过程,电磁干扰变得很小,不需要像常规开关电源电路中需要专门设置抑制电磁干扰的电路(这个电路是存在损耗的)。