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淺談“能源之星”綠色開關電源的設計要點

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。

早期的開關電源由于技術不太成熟、器件性能的局限性,一些參數做得不太好像EMC難過關、待機功耗較大、效率不太高等。然而,減小開關電源的待機功耗、提高開關電源的效率是大有潛力可挖的,是全球電源行業共同關注的問題。

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測試,但CEC(美國加州)及“能源之星”規范中對設計的平均效率是在負載的四個測試點進行實際測量。

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、繞制方法、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,脈沖吸收效果明顯,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。

由于二次整流管在工作時會產生尖脈沖,在輸出中會疊加雜波,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。

圖一尖脈沖吸收網絡的功率損耗小于0.25W。同樣要注意,吸收網絡的設計也與電源芯片、開關頻率、肖特基二極管的特性、變壓器的設計有關的。

阻波電感L2能使輸出紋波減小,一般是用漆包線在6毫米粗的磁棒上繞8到16圈。要注意,由于要通過大電流,故漆包線要粗,圈數不要太多,以免產生過大的壓降而增大損耗。圖一中的L2的電感量為12uH,用粗0.8毫米的漆包線繞制,至于繞多少圈,要視磁棒的磁材料參數而定。


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