TOP1---《高效率電源(如何進一步降低損耗)》讀書筆記

1、如何進一步提高電源的效率要想提高開關(guān)電源的效率首先要清楚開關(guān)電源中都有哪些損耗？哪些損耗是可以降低的？開關(guān)電源的損耗大致為：輸入整流器損耗開關(guān)損耗緩沖電路的損耗導(dǎo)通損耗控制，檢測驅(qū)動的損耗保護電路的損耗變壓器和電感的損耗濾波電容器的損耗多級電源變換的損耗不合理控制方式的損耗與線路損耗注：除輸入整流器的損耗基本上不能降低，不存在提高效率的各種措施外，其他的損耗均有可能設(shè)法降低！提高開關(guān)電源效率的發(fā)展過程大致為：利用軟開關(guān)降低開關(guān)管的開關(guān)損耗；采用同步整流器降低低壓輸出的整流器導(dǎo)通損耗；采用低功耗控制集成電路芯片控制電路損耗；采用無附加電路的零電壓/零電流開關(guān)，消除軟開關(guān)的附加電路的損耗，采用零電

2、壓/零電流開關(guān)同步整流器降低同步整流器的開關(guān)損耗和柵極驅(qū)動損耗；采用條周期控制方式降低輕載和待機損耗。所采用的方法大致為：無緣無損電路、同步整流器、低功耗控制芯片、全橋移相零電壓開關(guān)、有源箝位、各種諧振變換器、跳周期、零電壓與零電流開關(guān)、直流母線變換器、采用合理的控制方式等。傳統(tǒng)的開關(guān)電源效率很難有質(zhì)的提高。最主要的原因是主電路的電路拓撲形式與控制方式的制約，因此要想設(shè)計出高效率的電源就應(yīng)該更新設(shè)計理念。如地哪路拓撲觀念的更新、控制方式的更新、原有電路所隱含的特性的挖掘、新器件的應(yīng)用；除此之外，經(jīng)典控制芯片的巧妙應(yīng)用也具有很高的應(yīng)用價值，采用新型控制芯片，并合理利用，那樣整個效率有大大的提高。

3、若想大幅度提高開關(guān)電源的效率，僅僅從常規(guī)開關(guān)電源的芯片基礎(chǔ)上來改進是很難的，需要采用先進的控制芯片和電路的拓撲，如反激式開關(guān)電源采用準諧振工作模式，橋式變換器采用零電壓開關(guān)的控制模式等高效率電源遠離和設(shè)計。第一章 常規(guī)開關(guān)電源的損耗分析常規(guī)開關(guān)電源的主要結(jié)構(gòu)：輸入整流與濾波，高頻逆變部分，輸出整流與濾波以及控制與保護的分。第一節(jié) 輸入與整流濾波作用：完成交流道直流轉(zhuǎn)換功能，抑制開關(guān)電源產(chǎn)生的電磁干擾進入電網(wǎng)；抑制電路的浪涌電流；抑制瞬態(tài)過壓。主要結(jié)構(gòu)：浪涌電流抑制，電源濾波器，輸入整流器，功率因數(shù)校正，輸入整流濾波電容。（1）輸入浪涌電流抑制電路的損耗通常采用負溫度系數(shù)熱敏電阻加以抑制。這個負

4、溫度系數(shù)熱敏電阻通常要消耗大約0.5-2w的功耗。除此之外還要考慮熔絲（保險管）自身的損耗。（2）電源濾波器的損耗主要是共模電感繞組的電阻產(chǎn)生的損耗，如果有差模電感，損耗也會由差模電感繞組的電阻產(chǎn)生。通常這兩項的損耗不大，但在高效率開關(guān)電源中，他們的發(fā)熱也會體現(xiàn)出來。電源濾波器中的X、Y電容器的損耗非常低，可以忽略不計。（3）輸入整流器的損耗常規(guī)整流器多為橋式整流器，每半個周期回路中有兩個整流二極管導(dǎo)電，在沒有PFC的狀態(tài)下，整流二極管的通態(tài)有效值電壓和電流將高于具有PFC功能的整流電路的通態(tài)有效值電壓和電流。因而，在相同輸出功率的時候，沒有PFC狀態(tài)下的整流電路的損耗將高于具有PFC功能的整

5、流電路的損耗。對于輸出100w的開關(guān)電源，整流器的損耗將達到2-3w。（4）濾波電容器的損耗整流濾波電容器的損耗是不能忽略的，這里的損耗是濾波電容器的等效串聯(lián)電阻ESR與流過濾波電容器的紋波電流有效值平方的乘積而得。這一部分人們通常是不加考慮的，但是實際上這部分的損耗是不可忽略的。例如：輸出功率是100w的開關(guān)電源，其濾波電容器通常選擇100-150uf/400v的電解電容器，而這種規(guī)格的電容器的ESR通常在1-2歐姆。在無Pfc整流電路時，濾波電容器將流過約1A的2倍工頻紋波電流，如果后面接的是反激電路，那么這個紋波將會更大。第二節(jié)PFC的損耗PFC級的損耗主要為PFC的開關(guān)損耗、提升二極管

6、的損耗、提升電感的損耗。濾波電容器的損耗已經(jīng)在前面提出，這里不再分析。（1）PFC開關(guān)管的損耗主要分為導(dǎo)通損耗和開關(guān)損耗，在開關(guān)頻率不太高的時候，開關(guān)管的柵極驅(qū)動損耗是可以忽略的。首先分析PFC電路的工作模式，這個是十分重要的，這里面有三個模式，即電感電流連續(xù)和電感電流斷續(xù)和電感電流臨界模式。這三種模式下的，電流是不一樣的額，即通過開關(guān)管的電流時不一樣的。所以這就造成開關(guān)管的損耗是不相同的！需要我們?nèi)ザ喽嘧⒁?選擇合適的模式！工作在斷續(xù)和臨界模式的特點：可以避開開關(guān)管開通過程與提升二極管的反向恢復(fù)過程所導(dǎo)致的開關(guān)損耗。這樣對提升二極管的反向恢復(fù)性能的要求將不像電流連續(xù)工作模式時的高，缺點是，開

7、關(guān)管將流過兩倍于電流連續(xù)工作模式的電流。對于小功率的開關(guān)電源或電子變流器，通常采用電流斷續(xù)或者電流臨界型工作模式，以盡可能減小開關(guān)損耗。工作在連續(xù)模式的特點：對輸出功率較大的開關(guān)電源，PFC的主功率開關(guān)需要工作在電流連續(xù)模式，以盡可能降低開關(guān)管的電流額定值和開關(guān)管的導(dǎo)通損耗，這是電路將對提升二極管有很高的反向恢復(fù)特性要求。不僅要求反向恢復(fù)時間越短越好，而且要求反向峰值電流和反向恢復(fù)電荷越小越好。這就是近年來出現(xiàn)PFC專用的超快恢復(fù)二極管問世。（2）開關(guān)管的導(dǎo)通損耗：開關(guān)管的導(dǎo)通損耗為流過開關(guān)管的電流的平方與電阻的乘積。這里需要注意的是，這個開關(guān)管的導(dǎo)通電阻是開關(guān)管的實際工作時結(jié)溫下的導(dǎo)通電阻，

8、而不是室溫下的導(dǎo)通電阻。實際工作結(jié)溫通常在100-120度之間，這使得導(dǎo)通電阻約為室溫時導(dǎo)通電阻的2倍。見書上（3）開關(guān)管的開關(guān)損耗：開關(guān)管的開關(guān)損耗可以分為兩部分。一部分是由于開關(guān)管自身的開關(guān)過程所產(chǎn)生的；另一部分則是由于在開關(guān)管開關(guān)過程中提升二極管的反向恢復(fù)特性造成的“短路”附加在開關(guān)管上的損耗，這個損耗和提升二極管的反向恢復(fù)特性有直接關(guān)系。（4）提升電感的損耗提升電感損耗也可以分為兩部分，即電感繞組的損耗銅損和電感磁芯的損耗-鐵損，前者是由于電流流過電感繞組的電阻造成的，后者是由于磁路中磁感應(yīng)強度的變化造成的。臨界電流工作模式時，每個開關(guān)周期電感電流從工作電流下降到零，磁感應(yīng)強度變化大，

9、因此鐵損比值要大。電流工作在連續(xù)模式時，電感電流變化相對不大，磁路的磁感應(yīng)強度的變化不大，因此，鐵損較低。臨界模式，流過電感的電流有效值比電流連續(xù)工作模式時大，相對的銅損比較大。從工作模式角度看，臨界電流工作模式對原件特別是提升二極管的要求不高，單原件的額定電流相對較大，同時效率也有所下降，電流工作在連續(xù)工作模式對原件的要求比較高，特別是提升二極管，元件的額定電流相對較低，效率較高，體積較小，從交流輸入端到pfc輸出，效率大約為93%-95%。第三節(jié) 主變換器的損耗住變換器是開關(guān)電源的核心，而是開關(guān)電源損耗最大的環(huán)節(jié)。主變換器的損耗可以分為：主開關(guān)的損耗；變壓器的損耗；緩沖電路的損耗；輸出整流

10、器的損耗；輸出電感的損耗；輸出濾波電容的損耗；控制電路與輔助電路的損耗；pcb的損耗；空載與待機損耗。（1）主開關(guān)的損耗不同的變換器的電路拓撲主開關(guān)的損耗是不同的。開關(guān)管的導(dǎo)通損耗開關(guān)管的導(dǎo)通損耗將與變換器的電路拓撲、開關(guān)管導(dǎo)通時間的占空比、電感電流是否連續(xù)以及輸入電壓變化范圍有關(guān)。開關(guān)管的關(guān)斷損耗 開關(guān)管自身開關(guān)特性造成的開關(guān)損耗可以通過適當加強柵極驅(qū)動能力來加速開關(guān)管開關(guān)過程，通過縮短開關(guān)時間減小這部分的開關(guān)損耗。所以開關(guān)電源的控制芯片常常需要0.5,1.升至35A的驅(qū)動能力。（2）變壓器與輸出電感的損耗變壓器的損耗主要是銅損和鐵損和雜散損耗。其中銅損由變壓器的各個繞組的電阻與流過的電流產(chǎn)

11、生。鐵損由磁芯的遲滯回線和渦流損耗；雜散損耗則主要是由磁路的漏磁在周圍空間造成的損耗。（3）輸出整流器的損耗輸出整流器的損耗主要是導(dǎo)通損耗，不同的電路結(jié)構(gòu)、不同的控制方式，流過輸出整流器的電流有效值不同，所照成的損耗也不同。全波整流器：輸出回路只有一個二極管導(dǎo)通，只有一個二極管壓降，占空比高，可以降低峰值電流和有效值電流，因此，相對而言其導(dǎo)通損耗最低。用于橋式變換器或者推挽變換器半波整流電路橋式整流（4）緩沖電路的損耗緩沖電路的主要作用是緩解開關(guān)管的開關(guān)應(yīng)力，同時還可以緩解開關(guān)過程的電壓、電流變化速率，降低電磁干擾。例如，可以將一個RC緩沖電路與輸出整流器或變壓器二次側(cè)并接。在各類緩沖電路中，

12、與輸出整流器并接的rc緩沖電路由于電容器的電容量比較小，電壓比較低，因此所造成的損耗相對較小。與變壓器一次側(cè)并接的rc緩沖電路的損耗比輸出整流器的損耗大，與開關(guān)管并接的RCD緩沖電路損耗更大，其中反激變換器的損耗最大。緩電路的損耗實際上就是電路中緩沖電容放電所釋放的能量，因此，開關(guān)頻率越高，這個損耗就越大，即P=1/2*C*F*U*U可以看到，開關(guān)頻率越高，緩沖電路的損耗就越大。這就是緩沖電路與開關(guān)頻率之間的矛盾。那么如何解決這個問題呢？（5）輸出濾波電容器的損耗輸出濾波電容器也會產(chǎn)生損耗，其根本原因就是為了平滑輸出電壓，輸出濾波電容器需要吸收全部的紋波電流，這里不僅有變換器產(chǎn)生的，還有由于負

13、載中的紋波電流產(chǎn)生的。這些紋波電流流過電容器的ESR，就會在電容上產(chǎn)生損耗，即P=ESR*I*I，這個損耗是輸出濾波電容器發(fā)熱的根本原因。反激變換器工作在斷續(xù)模式，輸出電容器上面至少要流過大約2倍于輸出電流平均值的紋波電流。采取的措施：使用多個并聯(lián)電容，用多個小電容并聯(lián)去代替一個大電容。這樣由于等效電阻并聯(lián)之后，電容的等效ESR變得更小，這樣損耗更小?；蛘哌x用ESR更小的電容來使用。（6）控制電路和輔助電路的損耗在輸出功率較小的電路中，控制電路和輔助電路的損耗是不容忽視的。采取的措施是：選用工作電流小的芯片，工作電壓低的芯片。以前的UC3842，工作電流為15Ma,現(xiàn)在的bicmos的uc38

14、42，其工作電流僅為3Ma，這對于模塊電源來說，效果是要好很多的。輔助電路的損耗還有電壓檢測電路的損耗、保護電路的損耗、電流檢測電路的損耗。這些都要想辦法盡量減小它。（7）PCB的損耗如果選擇2OZ銅箔的電路板比選擇1OZ銅箔的電路板，功耗減半。第二種計算第二章 減少開關(guān)電源損耗的一般方法分為常規(guī)方法和特殊方法（1）整流器和輸入濾波電容器的損耗輸入電容濾波器損耗減少主要取決于整流電路輸出紋波電流，變換器產(chǎn)生的紋波電流和濾波電容器的ESR.整流器的損耗主要是整流器的導(dǎo)通損耗，在交流市電輸入的條件下整流器是將交流電轉(zhuǎn)換為直流電的最簡單選擇。整流電路選擇為橋式整流電路。這樣，整流器的損耗將取決于流過

15、整流器的電流有效值的相對大小，電流的有效值相對越大，整流器的損耗就越大。流過整流器的電流有效值的相對大小實際上取決于濾波電路。濾波電路可以是電感輸入式濾波和電容輸入式濾波。電感輸入濾波，在理想條件下（諧波電感無限大），流過整流二極管的電流有效值為整流器輸出電流平均值的0.707（1/1.414），輸出電壓平均值為輸入電壓有效值的0.9倍。電容輸入濾波，流過整流二極管的電流有效值約為輸出電流平均值的3-5倍，輸出電壓平均值約為輸入電壓有效值的1.3倍。由以上分析可以看到，在相同的輸出功率和相同的輸入電壓下，電容輸入濾波整流二極管流過的電流有效值為電感濾波的2-3.5倍。也就是僅從整流器而言，電容

16、濾波，整流器的損耗為電感輸入濾波的2倍以上。當整流器后接有功率因數(shù)校正（PFC）電路時，流過整理二極管的電流有效值為交流輸入電流的0.707倍，約為電感輸入濾波的1.5倍，約為電容輸入濾波的0.5倍左右。如何讀取二極管的datasheet？請看下面的介紹為例來說明我們關(guān)心參數(shù)有以下：這個是告訴我們，選擇管子的時候，需要注意其正向電流降額的情況嗎，就是說如果工作在125度的時候，這個管子正向最大持續(xù)電流僅為大約1.3A，所以使用的時候需要注意！計算損耗：1.導(dǎo)通損耗注意：還要看用在哪里，用在輸入整流，流過的電流頻率是50HZ的，如果用在PFC輸出，那么一個周期所占的比例是不一樣的。這個需要加入占

17、空比，在比較兩種不同的二極管特性時候，其實最好的是比較二者在同樣的額周期內(nèi)的功耗，那樣才是正確的，否者二者前提不一樣，是沒有辦法進行比較的。2.反向損耗二極管反向恢復(fù)的主要指標是trr,Qrr和Irrm.其中trr衡量恢復(fù)的快慢;Qrr衡量反向恢復(fù)需要的電荷,表現(xiàn)為損耗;Irrm大小主要會影響與之配對的MOSFET/IGBT的電流應(yīng)力和Eon. 從上面的波形來看,APT DQ的FRED的Qrr,Irrm明顯小.trr不是很明顯,但是對于軟恢復(fù)的FRED,這個表現(xiàn)已經(jīng)相當不錯. 軟恢復(fù)的FRED對EMI和電流/電壓的震蕩抑制非常有效. 反向損耗這里需要注意：若我選擇反向恢復(fù)時間比較短的，那么電磁

18、干擾這個問題可能很大，但是反向恢復(fù)減少，損耗減小很多，這就是為什么在輸出二極管的兩端并聯(lián)上一個RC電路，就是為了減小這個反向過壓尖峰。這里有問題？選擇額定電流比較大的整流二極管既可以降低整流二極管的導(dǎo)通電壓有效值，也可以降低整流器的損耗。1N5401 FORWARD VOLTAGE 1V1N4007 FORWARD VOLTAGE 1.1V二者進行比較，前者為3A的整流管，后者為1A的整流二極管。可以看出正向電壓減小了。在流過相同的電流時，導(dǎo)通損耗=正向壓降*流過的電流，由于1N5401的正向壓降更小，所以其導(dǎo)通損耗比1N4007要小一些。但是其額定電流更大。但是這里只對于同一個型號的產(chǎn)品可以

19、這樣對比，不同產(chǎn)品不能對比。為了降低正向損耗，選擇額定電流較大的是一個可行的方法。（同一產(chǎn)品）為了降低反向損耗，選擇要獲得比較低的整流器損耗，最好采用電感輸入濾波，但是這樣會增加電源的體積和質(zhì)量。可以選擇適當?shù)碾姼械碾姼辛?，使電感最小化。這種方式可以在電腦電源中看到，這里的電感不僅可以減小整流器的損耗，而且最主要的是減小諧波電流，提高電源的功率因數(shù)。綜上所述，進一步減小輸入整流器的損耗實際上并沒有十分簡單并有效的方法?；蛘哒f，減小輸入整流器損耗在降低開關(guān)電源成本方面無利可圖。第二節(jié) PFC損耗的減小從電源發(fā)展趨勢看，PFC是開關(guān)電源必須具有的功能，以保證開關(guān)電源的高功率因數(shù)。因此設(shè)計是否得當將

20、影響著PFC的損耗。減小開關(guān)損耗：加強開關(guān)管柵極驅(qū)動能力，特別是關(guān)斷能力的加強。選用反向恢復(fù)特性優(yōu)異的超快恢復(fù)二極管，而不是選用一般的超快恢復(fù)二極管，可以選用sic二極管。選用導(dǎo)通電阻低的開關(guān)管，如coolmos，可以有效的降低導(dǎo)通損耗?；贐oost的PFC的輸出二極管的損耗，主要是由反向恢復(fù)造成的開關(guān)損耗。所以，選用反向恢復(fù)特性優(yōu)異的超快恢復(fù)二極管或碳化硅肖特基二極管是減小提升二極管的最有效的辦法。減小提升電感的基本方法是：選用性能良好的磁性材料和磁路，降低鐵損和雜散損耗；提高開關(guān)頻率減小電感的體積，前者是優(yōu)選材料的問題，后者是在選用碳化硅肖特基二極管后才可能選用的辦法。濾波電容器損耗的大

21、小主要取決于濾波電容器的外界因素和電容器內(nèi)部的自身因數(shù)。外界因素：就是紋波電流的大小，如果紋波電流小，那么損耗就小。（一般而言，電感輸入式濾波的紋波電流可以降到整流輸出平均值的20%以下，而電容輸入式濾波的紋波電流則可能達到整流輸出平均值的35倍，這樣，兩者所產(chǎn)生的紋波電流將相差十余倍，在濾波電容器上產(chǎn)生的損耗將相差近百倍）內(nèi)部因素：就是濾波電容器的等效電阻ESR，如果這個小，那么損耗也就小。所以要從這兩個角度去考慮問題。整流濾波電容器上的文博電流不僅僅是有輸入交流電經(jīng)整流產(chǎn)生的，還有另外一部分是由變換器產(chǎn)生的，其量值不比電容輸入濾波的整流電路產(chǎn)生的紋波電流低。其中以電流斷續(xù)型反激變換器最大，

22、紋波電流值約為整流輸出平均值的1.5-1.8倍。電流連續(xù)型變換器占空比為0.4時，紋波電流值約為整流輸出電流平均值的1.3倍；電流連續(xù)型占空比為0.6時，文博電流值約為整流輸出電流平均值的0.8倍，占空比接近1時，紋波電流接近為零。由此可見電流連續(xù)可以有效的減小濾波電容產(chǎn)生的紋波電流，適當增加占空比也可以有效地降低濾波電容器的紋波電流值。第三節(jié) 變換器中開關(guān)損耗的減小主要設(shè)法減小導(dǎo)通損耗和開關(guān)損耗。（1）開關(guān)導(dǎo)通損耗的減小對于同一型號的管子，選用額定電流大一些的管子，其導(dǎo)通電阻更低，但是呢，這樣子會增加器件的成本，這在實際中國是很難做的很好的。額定電流一旦增加，那么柵極電荷也將會增加，開關(guān)管的

23、開關(guān)時間唄延長，那樣子開關(guān)損耗就會增加。這里需要注意兩個方面，那就是管子的開關(guān)損耗和導(dǎo)通損耗在選擇管子的時候，和管子的價格這個方面是矛盾的。我們可以舉一個例子如下所示：隨著額定電流越大，其管子的導(dǎo)通電阻越小，這是明顯可以看出來的。我們接著在比較二者的開關(guān)損耗的一些方面的東西在同樣的測試條件下：結(jié)電容可以看出隨著額定電流增加，結(jié)電容的參數(shù)變大，這就意味著開關(guān)損耗的比例增加，而導(dǎo)通電阻的值是在減小的。在近乎相同的測試條件下：管子的開啟管段時間也出現(xiàn)了問題，額定電流大的管子的開啟時間和關(guān)斷時間開始有所延長的。這個也會導(dǎo)致開關(guān)損耗的增加！我們可以再來看看IR的管子是否也是這個特性呢？其基本上也是滿足上

24、面所說的關(guān)系的。所以我們在選擇管子的時候，需要注意了。價格也是隨著額定電流增加而增加的.最左邊和最右邊關(guān)系選用導(dǎo)通電阻低一些的管子，選取原則如上所示。（2）開關(guān)管開關(guān)損耗的減小我覺得包括zvs，zcs這些是一些很好的方法，如果拓撲不具備這樣活著那樣的條件，我們就沒有辦法了。只能采取一些補救的措施。1.加強開關(guān)管的柵極驅(qū)動能力，加速開關(guān)速度，那么這個角度上來說，就不能選擇額定電流過大的管子，否者開關(guān)速度跟不上的。2.采用有效的緩沖電路來降低開關(guān)管的開關(guān)損耗3.采用軟開關(guān)技術(shù)是開關(guān)管在開關(guān)過程中避免高的電壓和電流同時存在4.采用零電壓開關(guān)，使開關(guān)的開關(guān)過程電壓或者電流有一個為零或者兩個同時為零，從

25、而徹底消除開關(guān)損耗。加速開關(guān)速度來減小開關(guān)損耗增強驅(qū)動開關(guān)能力的方法一般而言，開關(guān)管的關(guān)斷損耗高于開通損耗，所以大多數(shù)的加速驅(qū)動方案將側(cè)重于加速關(guān)斷過程。而加速關(guān)斷過程有上面的兩種，無源加速關(guān)斷和有源加速關(guān)斷。有源加速的效果最好，但是成本太高。減小開關(guān)應(yīng)力來減小開關(guān)損耗通常采用RCD電路上面說的是如何從加速開關(guān)這個速度上面來考慮如何減小這個mos的開關(guān)損耗，下面將要談到的是如何通過減小開關(guān)管的開關(guān)應(yīng)力角度來減小開關(guān)管的開關(guān)損耗。那就是通過加入RCD緩沖電路，這種電路最大的缺點就是緩沖電容器復(fù)位的時候，將電容上儲存的能量給以熱能的形式消耗掉，這對于提高效率來說是沒有幫助的額，雖然這樣減小了開關(guān)管

26、的開關(guān)應(yīng)力，但是實際上這樣子做只是轉(zhuǎn)移了損耗，將在開關(guān)管上面的損耗轉(zhuǎn)移到了緩沖電路上，但是要是我們的緩沖電路沒有損耗那該有多好啊。這就誕生了無源無損電路。無源無損電路是能夠在不改變原先的拓撲和結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，只是額外的增加了一些電路進去形成的電路。所以這是最容易實現(xiàn)的電路方案！第四節(jié) 單管變換器無源無損緩沖電路降低甚至是消除緩沖電路損耗的最簡單方法就是采用無源無損緩沖電路，因為采用無源無損緩沖電路一般不需要改變控制方式和主電路的拓撲結(jié)構(gòu)，可以直接替換掉RCD電路。單管變換器中的無源無損短路是其他變換器中無源無損最簡單的一種。（1）單管變換器無源無損緩沖電路的工作原理無源無損構(gòu)想：緩沖電路電容復(fù)位

27、需要泄放電荷，而泄放掉的能量需要另外一個儲能元件儲存或者轉(zhuǎn)移到輸入直流母線，或者對緩沖電容器反向充電以獲得緩沖電容器的復(fù)位狀態(tài)，或者轉(zhuǎn)移到輸出直流母線。在大多數(shù)的應(yīng)用中，對緩沖電容器復(fù)位的儲能元件通常是電感，其原因是電感是電流型元件，而且電感和電容器可以構(gòu)成諧振電路。這樣電容器的電壓不僅可以降低到零，而且電容器電壓的極性還可以反向，從而實現(xiàn)緩沖電容器的復(fù)位。實現(xiàn)的電路結(jié)構(gòu)圖中綠色的元件來代替RCD元件。其工作的基本原理：開關(guān)管關(guān)斷前，緩沖電容CS的電壓極性為左正右負，當開關(guān)管開始關(guān)斷，開關(guān)管的源漏極電壓上升，緩沖電容器所承受的電壓迫使二極管VD1導(dǎo)通，開關(guān)管的源漏極電壓為 Uds=Vin-Vc

28、s，由于變壓器中的勵磁電感電流不能突變，變壓器一次側(cè)的電流對緩沖電容器反向充電，直到緩沖電容器的電壓反極性后達到反沖電壓時，輸出整流二極管導(dǎo)通，變壓器的儲能想輸出釋放，這個緩沖過程結(jié)束，緩沖電容器的電壓為左負右正。這里面具體的事宜見書中的詳細分解。（2）雙管箝位無源無損緩沖電路雙管箝位正激變換器是常用的拓撲之一?？梢允贵槲浑娐泛喕?、可靠，不會像橋式變換器那樣出現(xiàn)共同導(dǎo)通現(xiàn)象。同橋式變換器一樣，正激變換器輸出側(cè)存在濾波電感而呈現(xiàn)電感性負載，使開關(guān)管關(guān)斷時出現(xiàn)明顯的開關(guān)損耗。通常采用RCD或RC緩沖電路，雖然解決了開關(guān)損耗的問題，單緩沖電路將產(chǎn)生損耗，為減小這一損耗，通常在橋式變換器中采用移相零電

29、壓開關(guān)控制、單端正激變換器可以采用有源鉗位的電路拓撲。單存在控制復(fù)雜。從控制簡單、可靠的角度出發(fā)，無源無損緩沖電路是最佳的選擇。弟十節(jié) 柵極損耗的降低柵極損耗主要由開關(guān)管的開關(guān)過程中開關(guān)管的柵極充放電造成的。柵極電荷充放電一次將產(chǎn)生QU/2的能量損耗，在開關(guān)頻率為f時，功耗為 P=1/2QUf更為精準的算法為P=F*(UG1+UG2)*(Q3+Q4) 其中F為開關(guān)頻率，UG1為開啟驅(qū)動電壓，UG2為關(guān)斷電壓。這里需要注意：UG1越大，能夠越好的提高開關(guān)速度，但是帶來的問題是柵路中電荷也越高，從而損耗變大。UG2是為了提高開關(guān)速度和工作可靠性所加的負電壓。詳細見林書圖1-27 實際驅(qū)動電路柵荷特

30、性。這就是柵極損耗的精確計算方法。這里面就涉及到選擇管子的型號問題了。不同的管子在柵極損耗表現(xiàn)出來的特性可是不同的，所以需要我們認真的去找尋較好的管子，減少柵極損耗。目前較好的管子有英飛凌的coolmos這是一種比較好的管子，柵極電荷小，且導(dǎo)通電阻小，開關(guān)速度更快了。優(yōu)勢多多.第十一節(jié) 輸出整流器損耗的降低輸出級的損耗主要由輸出整流器、輸出電感、輸出濾波電容器產(chǎn)生的損耗。其中輸出整流器的損耗最大。（1）各種整流二極管的特性及相互關(guān)系輸出整流器的損耗主要由導(dǎo)通損耗。通常超快恢復(fù)二極管的正向壓降約為1.21.5v，肖特基整流器的正向壓降約為0.60.7v（耐壓為80-150V器件）、0.4-0.6

31、（耐壓為40-60v器件）、0.3（耐壓為30v以下的器件）。為了降低輸出整流器的導(dǎo)通損耗，通常采用的輸出整流器的電路結(jié)構(gòu)為全波整流形式，其優(yōu)點是輸出回路僅有一個二極管的導(dǎo)通電壓降（橋式整流有兩個二極管的導(dǎo)通電壓降）。低電壓（如5、3.3v或者更低輸出電壓）輸出時，常選用肖特基二極管構(gòu)成輸出整流器，以獲得比較低的輸出整流器損耗。輸出電壓為12v左右時，既可以選用超快恢復(fù)二極管，也可以選用肖特基二極管。選用肖特基二極管可以降低輸出整流器的損耗，但是需要注意肖特基二極管在高結(jié)溫和接近于額定電壓時會出現(xiàn)比較大的漏電流，這個漏電流的損耗可能會抵消肖特基二極管的低導(dǎo)通電壓降所帶來的導(dǎo)通損耗的降低，同時可

32、靠性降低?？梢钥闯龇聪螂妷涸酱?，漏電流越大，結(jié)溫越高，漏電流越大。所以漏電流所占的損耗是很大的，必須減小。在指標中，我們需要關(guān)注這個反向漏電流，所以也就需要關(guān)注管子的選型。還要注意這個管子工作環(huán)境溫度。這個溫度對反向漏電流影響很大。肖特基二極管和超快恢復(fù)二極管的反向漏電流比較從上述特性曲線來看，肖特基二極管盡量避免工作在高溫環(huán)境下。應(yīng)用時需要留夠一定的反向電壓裕量，以盡可能的降低漏電流損耗。當肖特基二極管的漏電流損耗大于導(dǎo)通損耗的減少時，利用肖特基二極管作為整流器輸出就不合適了?；谝陨显?，高于12v的輸出電壓降無一例外的選用超快恢復(fù)二極管。如果輸出電壓低于24v，輸出整流器的耐壓通常低于200v，額定電壓為200v的超快恢復(fù)二極管反向恢復(fù)性能是非常優(yōu)異的。在一般的應(yīng)用中超快恢復(fù)二極管產(chǎn)生的開關(guān)損耗遠低于導(dǎo)通損耗，因此一般情況下主要考慮如何降低輸出整流器的導(dǎo)通損耗。降低低電壓輸出開關(guān)電源的效率應(yīng)在如何進一步降低輸出整流器的導(dǎo)通電壓降所造成的損耗上入手。通過降低輸出整流器的導(dǎo)通壓降來提高開關(guān)電源的效率眾所周知，在整流二極管中唯有肖特基二極管的導(dǎo)通電壓降