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[仪器仪表技术与应用] 如何设计一种简洁高效的开关电源 [复制链接]

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发表于 2017-2-10 11:06:57 |显示全部楼层
全球能源价格的不断上涨,使得各行各业不得不认真考虑节能的问题。在各种节能方法中,提高开关电源的效率是一个重要手段,美国自提出80PLUS计划后又推出85PLUS、88PLUS计划,并且在短期内实施。因此,尽可能提高开关电源的效率是电源行业不断追求的目标。

    要想提高开关电源效率,首先要清楚影响开关电源的因素。一般来说,反激式及其衍生电路的效率最低,多极变换电路拓扑的效率低于单级变换。因此,在应用中应尽可能不采用上述电路拓扑。

    对于正激式功率变换来说,占空比越大相对效率就越高,因此在实际设计中应选择尽可能大的占空比,如果占空比接近1则是最理想的。

    输入电压变化范围大的开关电源要比输入电压变化范围小的效率低。避免输入电压大范围变化或尽可能的避免不必要的输入电压变化裕量是提高开关电源效率的最简单方法之一。

    随着开关频率得越来越高,开关损耗已经是不可忽视的因素。简单的RCD缓冲电路方式是影响效率的重要因素。因此采用软开关、零电压开关可以有效地消除开关损耗。

    应用400~700V电压等级的MOSFET,导通损耗可能占总损耗的三分之二。因此设法减小MOSFET的导通电阻可以有效地降低MOSFET的损耗。

    基于上述因素,我们提出采用PFC+非稳压隔离变换器组合获得高效率开关电源的实现方法。用MC33368实现PFC控制,采用IRS2453自振全桥变换器进行DC/DC变换。
    由于PFC具有稳压功能,在输出电压稳定度不是很高的应用中,隔离变换可以不采用常规的PWM控制方式,而采用“100%”占空比的非PWM控制方式,这样就可以将效率提高2%甚至更多。输出电压的稳定可以由PFC环节的稳压功能完成。

    这样就能将非稳压隔离变换器看成PFC的一部分,而PFC则变成隔离型PFC。由于隔离型PFC具有隔离功能、电压关闭功能和稳压功能,就使其成为真正意义上的隔离型开关稳压电源。

    采用非PWM工作方式所得到的最大占空比可以使全桥电路中的开关管在“零电压”下导通,即实现“零电压开关”。这样能提高电路工作的可靠性,进一步减小损耗,提高效率。

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