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影响开关电源效率的因素 2016.11.13 影响开关电源效率的因素 一、概述 二、器件 三、电路 一、 概述 开关电源在通信系统中广泛引用。便携产品中也越来越多的采用开关变换器。要求电源系统体积更小、重量更轻、效率更高。  开关电源设计内容 1. 输入电压类型：AC or DC 2. 交流电压变化范围和频率 3. 整流滤波方式，拓扑结构 4. 是否需要隔离 5. 输出电压、电流的调节范围，稳压、稳流精度 6. 效率 7. 负载特性：恒压，恒流，恒功率 8. 控制方式 9. 动态响应 10. 保护功能 …… 一、 概述 开关电源功率损耗的来源 传输损耗 开关器件通态电阻（RON），电流采样电阻 开关损耗 类似CMOS门的动态损耗（CU2f) ,MOSFET等效负载电容充放电电流在FET沟道中产生的损耗。 其他损耗 控制电路产生的损耗 整流电路的损耗 高频变压器的损耗 …… 一、 概述 哈尔滨工业大学（深圳） 硬件 1. 器件： 二极管、MOSFET 2. 电路拓扑结构—整流方式 3. 新材料器件 GaN、SiC 4. 磁性元件： 磁芯材料的选择，线圈的绕制 5. 电容 控制 1. 软开关：ZVS on？off？ZCS on？off？ 2. 工作模式选择： 定频PWM？变频PFM？间歇？ 3. 频率选择：高频？低频？ 二、 器件 2.1 器件的选型—MOSFET 哈尔滨工业大学（深圳） 更低的导通电阻可减少导通损耗；选择输出结电容更低的，减少开关损耗。 英飞凌IPB06R099C6的datasheet参数。 哈尔滨工业大学（深圳） 二、 器件 2.2、 器件的选型——二极管 哈尔滨工业大学（深圳） 二极管的导通损耗和二极管的正向压降有关。电流越高，则正向压降越大。 二极管的高频开关的损耗和反向恢复特性有关，快恢复管比普通管损耗低。 哈尔滨工业大学（深圳） 二、 器件 哈尔滨工业大学（深圳） 二、 器件 IR的超快恢复二极管HFA15TB60pbf 2.2、 器件的选型——二极管 反向恢复时间，反向恢复电流，反向恢复电荷和正向电流If以及其下降斜率dIf /dt有关，和结温有关。 dIf /dt 越大，反向恢复电流越大，损耗会越大；正向电流越大，损耗越大；结温越高，损耗越大。 哈尔滨工业大学（深圳） 二、 器件 IR的超快恢复二极管HFA15TB60pbf相关反向恢复的参数。 2.2、 器件的选型——二极管1 哈尔滨工业大学（深圳） 哈尔滨工业大学（深圳） 二、 器件 2.2、 器件的选型——二极管 哈尔滨工业大学（深圳） 二、 器件 肖特基比快恢复二极管反向恢复时间要小，正向压降也较低。肖特基管能承受的反向电压较低，一般低于150V。在耐压要求比较低的场合，可考虑选用肖特基二极管。 IR的SiC肖特基二极管IDH10G65C5的反向恢复参数。 Qc是很稳定的为15nC，相比超快恢复二极管的100nC小很多。 2.3、 器件的选型（电容） 在功率回路上的电容也会影响效率，电容的ESR会有交流损耗。 rubycon HRX系列70V的电解电容特性，560uF时，ESR=46mohm。 TDK C3225X7R2A225K230AB的陶瓷电容，100kHz时，ESR=4mohm左右 哈尔滨工业大学（深圳） 二、 器件 2.4、 磁性元件（磁芯） 哈尔滨工业大学（深圳） 二、 器件 涡流损耗 磁滞损耗 2.4、 磁性元件（磁芯） 哈尔滨工业大学（深圳） 二、 器件 2.4、 磁性元件的设计（其他） 哈尔滨工业大学（深圳） 铜损（I2R） 集肤效应：电流集中在导体外表的薄层，越靠近导体表面，电流密度越大，导线内部实际上电流较小。结果使导体的电阻增加，使它的损耗功率也增加。这一现象称为趋肤效应(skin effect)。 邻近效应：是双线传输线的两导体中，交流电流相互向相邻导体接近的现象。频率和磁导率愈高，电阻系数愈小，这种现象愈显著。邻近效应中的涡流是由相邻绕组层电流的可变磁场引起的，而且涡流的大小随绕组层数的增加按指数规律递增。 哈尔滨工业大学（深圳） 二、 器件 三、电路 三、电路 无桥PFC 同步整流 哈滨工业大学（深圳） 三、电路 全控整流-PWM整流 强调几个意识 频率意识（寄生参数随频率升高会上升为主要矛盾） 功率意识（极限条件下的散热和安全问题） 干扰意识（噪声无处不在） 速度意识（数字电路—模拟电路） 运算放大器指标解读—压摆率SR μA741 运算放大器指标解