高效开关电源设计
开关电源设计方案
开关电源设计方案1. 导言开关电源是一种将交流电转换为直流电的电源设备。
它具有高转换效率、小体积、轻重量等特点，被广泛应用于电子设备中。
本文将介绍开关电源的基本工作原理、设计流程以及几个常见的开关电源设计方案。
2. 开关电源的工作原理开关电源的工作原理包括输入滤波、整流、能量存储、调节和输出等步骤。
以下是一个典型的开关电源的工作原理图：开关电源工作原理图开关电源工作原理图1.输入滤波：交流电通过电源的输入端，首先经过输入滤波电路。
该电路使用电容和电感元件，去除交流电中的高频噪声和干扰，使得电源输入的电流更加稳定。
2.整流：经过滤波的交流电信号，经过整流桥或整流管，被转换为一个较高的直流电压。
整流桥通常由4个二极管组成，它们交替导通，使得输入交流电的正半周和负半周都能够被转换为正向的直流电。
3.能量存储：整流后的直流电压通过电容器进行存储。
电容器的作用是储存电荷以平滑输出电压，防止输出电压的波动。
4.调节：开关电源通常具有可调节输出电压的功能。
这是通过调整开关管的导通和截止时间来实现的。
调节电路通常由一片PWM控制芯片和电路反馈元件（如电感、变压器等）组成，以控制开关频率和占空比。
5.输出：经过调节后的直流电压，通过输出滤波电路去除残余的高频噪声，然后供给电子设备的负载。
3. 开关电源设计流程设计一个功能稳定、安全可靠的开关电源需要经过以下几个步骤：3.1 确定设计规格在开始设计之前，需要明确电源的输入和输出要求。
输入要求包括交流电的电压范围、频率、输入的稳定性等；输出要求包括直流电的电压、电流、纹波与噪声等。
3.2 选择拓扑结构常见的开关电源拓扑结构有多种，如Boost、Buck、Buck-Boost、Flyback等。
根据实际需求选择最适合的拓扑结构。
3.3 确定主要元件参数根据设计规格和拓扑结构，确定主要元件的参数，如开关管、变压器、电感、电容等。
3.4 确定控制策略根据实际需求，选择合适的控制策略，如PWM控制、电流模式控制等。
基于单管正激式的高效率开关电源的设计
基于单管正激式的高效率开关电源的设计高效率开关电源是一种能够将输入电源有效地转换为所需输出电源的电力转换装置。
在实际应用中，高效率开关电源已经取代了传统的线性电源，更广泛地应用于各个领域。
一种常见的高效率开关电源设计是基于单管正激式的设计。
该设计方案具有简单、成本低廉、效率高等特点。
该设计方案的核心元件是一只功率MOS管（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor）。
该MOS管作为开关，能够根据控制信号开启或关闭，从而实现电源的稳定输出。
MOS管的导通损耗较小，能够在高频率下工作，因此能够提高电源的转换效率。
设计方案的第一步是根据需要确定输入电源的范围和输出电源的需求。
通过采集输入电源的直流电压，可以确定MOS管的工作区间，从而选择合适的MOS管。
接下来，设计师需要根据输出电源的需求确定转换电路。
转换电路的核心是开关频率发生器，用于控制MOS管的开关频率。
开关频率的选择需要考虑到输出电源的负载特性和所需的转换效率。
通常情况下，开关频率越高，转换效率越高，但开关损耗也会增加。
在设计过程中，还需要考虑到输出电源的稳定性和电源滤波的问题。
稳压器是非常重要的一个模块，用于确保输出电压的稳定性。
电源滤波是为了减少开关频率带来的干扰和噪音，提高输出电源的纯净度。
最后，设计师需要进行电路模拟和实验验证。
通过电路模拟软件，可以模拟不同工作条件下的电源转换效率和稳定性。
随后，可以通过实验验证电路的性能，并对其进行调整和优化。
总结起来，基于单管正激式的高效率开关电源设计是一项复杂但非常有挑战性的任务。
设计师需要充分了解输入电源和输出电源的需求，合理选择核心元件和电路拓扑，进行模拟和实验验证，最终实现高效率的电源转换。
这种设计方案在各个领域中都有着广泛的应用前景。
基于小型高效直流开关电源的设计
线 性 稳 压 电源 的优 点 是 具 有 优 良 的纹 波 及 动 态 响 应 特 性 。 但 同时 存 在 以下 缺 点 ：输 入 采 用 ５ ０ Ｈ 工 频 变 压 器 ，体 积 庞 大 且 和 很 重 ； 电压 调 整 器 件 工 作 在 线 性 放 大 区 内 ， 损 耗 大 ， 效 率 低 ；过 载 能 力 差 。 线 性 电源 主 要 应 用 在 对 发 热 和 效 率 要 求 不 高 的 场 合 ，或 者 要 求 成 本 及 设 计 周 期 短 的情 况 。线 性 电源 作 为 板 载 电 源 广 泛 应 用 于 分 布 电源 系 统 中 ，特 别 是 当 配 电 电压 低 于 ４ ０ Ｖ 时 。 线 性 电 源 的 输 出 电 压 只 能 低 于 输 入 电压 ，并 且 每 个 线 性 电 源 只 能 产 生 路 输 出 。 线 性 电 源 的 效 率 在 百 分 之 三 十 五 到 百 分 之 五 十 之 间 ， 损 耗 以热 的 形 式 耗 散 。 １ ． ２ Ｐ ＷＭ 开 关 稳 压 电源 般 将 开 关 稳 压 电源 简 称 开 关 电源 ，开 关 电源 与 线 性 稳 压 电 源 不 同 ， 它 是 起 电压 调整 功 能 作 用 的器 件 ，始 终 工 作 在 开 关 状 态 开 关 电源 主 要 采 用 脉 宽 调 制 技 作 原 理 开 关 电源 主 要 采 用 直 流 斩 波 技 术 ， 即 降压 变 换 、 升 压 变 换 、变 压 器 隔 离 的Ｄ Ｃ ／ Ｄ Ｃ 变 换 电路 理论 和 Ｐ ｗ Ｍ 控 制技 术 来 实 现 的 。 具 有输 入 、 输 出隔 离 的Ｐ Ｗ Ｍ 开 关 电源 工 作 原理 框 图 ，如 图２ 所示 。
稳压两种类型 。
１ ． １线 性 稳 亚 电源 线 性 稳 压 电源 是 指 起 电压 调 整 功 能作 用 的 器 件 始 终 工 作 在 线 性 放 大 区 的直 流 稳 压 电源 ，期 工 作 原 理 如 图１ 。
新型开关电源优化设计与实例详解
新型开关电源优化设计与实例详解以新型开关电源优化设计与实例详解为标题，本文将从新型开关电源的基本原理、设计优化的方法以及实例分析等方面进行详细阐述。
一、新型开关电源的基本原理开关电源是一种将交流电转换为直流电的电源装置，其基本原理是通过开关管的开关动作来实现电源的开关控制。
传统的开关电源在工作过程中存在一些问题，如功率损耗大、效率低、噪声大等。
为了克服这些问题，新型开关电源采用了一些优化设计方法。
二、新型开关电源的设计优化方法1. 降低功率损耗：通过采用功率开关管的低导通电阻材料和优化电路设计，降低功率开关管的导通电阻，从而减少功率损耗。
2. 提高效率：采用高效的开关控制器和高效的变压器设计，减少能量的损耗，提高开关电源的转换效率。
3. 降低噪声：通过优化电路布局和选择低噪声元件，减少开关电源的噪声产生，提高工作环境的舒适性。
4. 提高稳定性：采用先进的控制算法和稳压电路设计，提高开关电源的稳定性，减少输出波动。
5. 减小体积：通过优化元件布局和采用高集成度的芯片设计，减小开关电源的体积，提高电源的集成度和便携性。
三、新型开关电源的实例分析以一款新型开关电源为例进行分析，该开关电源采用了先进的控制算法和高效的变压器设计，具有以下特点：1. 高效率：通过优化的开关控制器和变压器设计，该开关电源的转换效率达到了90%以上，相比传统开关电源提高了20%以上。
2. 低噪声：采用低噪声元件和优化的电路布局，该开关电源的噪声水平明显低于传统开关电源，提高了工作环境的舒适性。
3. 稳定性强：通过先进的控制算法和稳压电路设计，该开关电源的输出稳定性非常好，输出波动小于1%。
4. 小巧便携：采用高集成度的芯片设计和优化的元件布局，该开关电源的体积明显减小，非常适合便携式设备的使用。
以上是对新型开关电源优化设计与实例的详细阐述。
通过采用优化设计方法，新型开关电源在功率损耗、效率、噪声、稳定性和体积等方面都得到了显著提升，满足了现代电子设备对电源的高要求。
开关电源设计(精通型)
开关电源设计（精通型）一、开关电源基本原理及分类1. 基本原理开关电源的工作原理是通过控制开关器件的导通与关断，实现电能的高效转换。
它主要由输入整流滤波电路、开关变压器、输出整流滤波电路和控制电路组成。
在开关电源中，开关器件将输入的交流电压转换为高频脉冲电压，通过开关变压器实现电压的升降，经过输出整流滤波电路，得到稳定的直流电压。
2. 分类（1）PWM（脉冲宽度调制）型开关电源：通过调节脉冲宽度来控制输出电压，具有高效、高精度等特点。
（2）PFM（脉冲频率调制）型开关电源：通过调节脉冲频率来控制输出电压，适用于负载变化较大的场合。
二、开关电源关键技术与设计要点1. 高频变压器设计（1）选用合适的磁芯材料，保证变压器在高频工作时的磁通密度不超过饱和磁通密度。
（2）合理设计变压器的绕组匝数比，以满足输出电压和电流的要求。
（3）考虑变压器损耗，包括铜损、铁损和杂散损耗，确保变压器具有较高的效率。
2. 开关器件的选择与应用（1）开关频率：根据开关电源的设计要求，选择合适的开关频率。
（2）电压和电流等级：确保开关器件能承受最大电压和电流。
（3）功率损耗：选择低损耗的开关器件，提高开关电源的效率。
（4）驱动方式：根据开关器件的特点，选择合适的驱动电路。
3. 控制电路设计（1）稳定性：确保控制电路在各种工况下都能稳定工作。
（2）精度：提高控制电路的采样精度，降低输出电压的波动。
（3）保护功能：设置过压、过流、短路等保护功能，提高开关电源的可靠性。
三、开关电源设计实例分析1. 确定设计指标输入电压：AC 85265V输出电压：DC 24V输出电流：4.17A效率：≥90%2. 高频变压器设计选用EE型磁芯，计算磁芯尺寸、绕组匝数和线径。
3. 开关器件选择根据设计指标，选择一款适合的MOSFET作为开关器件。
4. 控制电路设计采用UC3842作为控制芯片，设计控制电路，实现开关电源的稳压输出。
5. 实验验证搭建实验平台，对设计的开关电源进行测试，验证其性能指标是否符合要求。
一种高效复合式开关电源的设计
电源 系统 必须 具 备较好 的过压 、 流 、 过 过热 等必 要 的 保护措 施 ， 同时也 要控 制高 频 噪声 的产 生 和辐 射 ， 以 使 整个 电源系统 产 生 的 电磁 干 扰降 低 到 国家 允 许 的 标 准范 围内 。 为 了达 到上 述 要 求 ， 入 滤 波 部 分 采 用 一 个 三 输 级 Ｅ 滤 波器 ， ＭＩ 电路如 图 ２所示 。
由于该 电源必 须 符 合 本 质 安 全 的 要 求 ， 计 好 设
的 电源 除 了能 够给 用 电 系统 的 电路 提 供 持续 的 、 稳
到很 高 ， 它 的缺 点是 电压稳 定 度较 低 ， 但 纹波 电压 也
较 大 。复合 式开 关 电源 的设计 原 理就 是取 二 者的优 点 ， 它们有 机 地结 合起 来 ， 使 把开 关 电源 当成前 级稳 压器， 把低压 差 的线 性 集 成 稳 压 器 作 为后 级输 出稳 压器 ， 二者扬 长 避 短 ， 现 优 势 互 补 ， 而构 成 比 使 实 从 较理 想 的高效 、 密稳 压 电源 。同 时 由 于集 成 电路 精
图 １
常适 宜作 精密 稳压 电源 ， 是 ， 但 即使 是低 压差 的 线性 集成 稳压 器 ， 也必 须在 其输 入端 使用 工 频变 压器 ， 电
源效 率低 ， 电能浪 费严 重 。而 开关 稳 压 电源 正 好 相 反 ， 设计 时可 以省 去工 频 变压 器 ， 在 电源 效率 能够 达
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第２卷 第 ６ ５ 期 ２０ ０ ６年 ６月
国
外
电
子
测
量
技
术
Ｖ０ ２ Ｌ ５，Ｎｏ ６ ．
Ｆ ｒ ｉ ｎ Ｅｌｃ ｒ ｎ ｃ Ｍ ｅ ｓ ｒ ｍ ｅ ｔ Ｔｅ ｈ ｏ ｏ ｙ ｏ ｅｇ ｅ ｔ ｏ ｉ ａ ｕ ｅ ｎ ｃ ｎ ｌ ｇ
基于WT6632F的65WPD开关电源的设计
基于WT6632F的65WPD开关电源的设计基于WT6632F的65WPD开关电源的设计是一种用于为电子设备提供高效电力的电源设计。
WT6632F是一款具有多种保护功能的集成电路，适用于高效率隔离电源设计。
下面将从电源拓扑、功率转换、保护功能以及设计布局等方面，详细探讨基于WT6632F的65WPD开关电源的设计。
首先，根据65WPD的要求，可选取降压型稳压器作为电源拓扑，通过将输入交流电转换为直流电，并经过适当的电子元件和保护电路，实现输出稳压和过载保护。
其次，在功率转换方面，选择WT6632F集成电路作为控制主芯片，可通过其内部的PWM控制器来实现高效、可靠的电能转换。
该芯片内部具有一系列关键功能，包括过压保护、欠压保护、短路保护、过电流保护和过温保护等。
这些保护功能可以显著提高电源的稳定性和安全性。
然后，设计布局方面需要注意将输入和输出部分隔离，同时要防止高频噪音干扰。
可采用双层PCB设计，将输入部分和输出部分分开布局，并且通过适当的线路隔离和滤波电容来降低干扰。
此外，通过对输入滤波器的设计，可有效抑制开关电源输入端的高频噪音干扰，确保输入电流的纹波和噪音水平尽可能低。
同时，在输出端也需要合适的滤波电容和线路布局，以降低输出纹波和噪音，确保输出电流的稳定性和质量。
总之，基于WT6632F的65WPD开关电源的设计需要考虑电源拓扑、功率转换、保护功能和设计布局等多个方面。
只有在合理选择电源拓扑、充分利用WT6632F的保护功能、优化设计布局等条件下，才能实现高效、稳定、可靠的65WPD开关电源。
一种高效、低功耗开关电源的研究与设计
一
种高 效 、 低功耗开关 电源 的研 究与设 计
汪 军 黄健 明 骆德 汉 田庆兵 ， ， ，
（ ． 德 瑞德 电子 实 业有 限公 司 ， 东 佛 山 ５ ８ ３ ；． 东工业 大学 ， 东 广 州 ５ Ｏ Ｏ ） １顺 广 ２ ３０ ２ 广 广 １ Ｏ ６
点。
１ 系 统 结 构 原 理
整 机 系统如 图 １所示 。输 入 交流 电压 经过 电网 Ｅ 滤 波 、 式 整 流 滤 波后 ， 入 到 带 功 率 因数 校 ＭＩ 桥 输 正 的 高频升 压变 换器 ， 到直 流 电压 ， 得 然后 利用高 频 半 桥 变换器 和 高 频 变 压 器 Ｔ ２隔 离 变 换 ， 直 流 电 将
（ ＿ ａ —Ｄｅ ｉ ｎ Ｅｌｃ ｒ ｎ ｃ ｎ ｕ ｔｉｌＣ ． Ｌｔ ． Ｆｏ ｈ ｎ ５ ８ ３ ， ｉ ａ ２ Ｇｕ ｎ ｄ ｎ ｉ ｅ ｓｔ ｆ ｃ ｎ ｌ ｇ ， １ Ｒｅ ｌ ｓｇ ｅ ｔｏ ｉｓ Ｉ ｄ ｓ ｒａ ｏ ， ｄ ， ｓ ａ ２ ３ ０ Ｃｈ ｎ ； ． ａ ｇ ｏ ｇ Ｕｎ ｖ ｒ ｉｙ ｏ Ｔｅ ｈ ｏ ｏ ｙ
关 键词 ： 高效 、 低功 耗 开关 电源 ； 功率 因数 校正 ； 半 桥驱 动 ； 载监 控 负
中图分 类号 ： Ｎ４ ２ Ｔ ９
文献标 识码 ： Ａ 文 章 编 号 ：０ １— ２ ７ ２ ０ ） ５ ０ ２ —０ １０ ２ ５ （０８ ０ — ０ ３ ３
Ａｂ ｔ ａ ｔ Ｔｈ ａ ｅ ｎ ｒ ｄｕ ｅ ｅ ｉ ｄ ａ ｏｆ ｓ ｒ ｃ ： ｅ ｐ ｐ ｒｉ ｔ ｏ ｃ ｓａ ｄ ｓｇｎ ｉ ｅ ｈｉ ｈ — ｅ ｆｃ ｅ ｙ ｎｄ ｏ ｇ — ｆｉ ｉｎｃ ａ ｌ ｗ — ｐｏ ｒ ｏ ｕｍｐｔｏｎ — ｗｅ ｃ ｎｓ ｉ ｓ ｔｈｉ ｏ ｒ ｓ ｗｉｃ ｎｇ ｐ ｗｅ ｕｐｐ ｙ ａ ｄ ｅ ａ ｏｒ ｔ ｓ ｅ ｈａ ｉａ — ｌ ｎ ｌ ｂ ａ ｅ ｍｐ ｔｃ ｌ ｌ ｈｅ ａ ｅ ｔ ｏ ｒ ｌ Ｃ ａ ｔ ｃ ｏｌ ｇ ｉ ｌ ｉ ｙ ｔ ｌｔ ｓ ｃ ｎｔ ｏ Ｉ ｎｄ ｅ ｈｎ ｏ ｙ ｎｃｕｄ ｎｇ ＰＦＣ，ｓ ｍ ｉ— ｂｒｄ ｄ ｉ ｎ ｅ ｉ ｇｅ ｒｖｉ ｇ，ｌ ａ ｍｏｎ ｔ ｉ ｅ ｃ ｏｄ ｉｏｒｎｇ ｔ ． Ｔｈｒ ｕ ｔ ｓ ｉ ｏ ｇｈ ｅ ｔｎｇ，ｔ ｓ ｔ ｈｉ ｇ ｈｅ ｗｉｃ ｎ ｐｏ ｒ ｕ ｌ ｉ ｗｅ ｓ ｐｐ ｙ ｓ ｐｒ ｖｅ ｏ ｏ ｄ ｔ ｂｅ ｈｉ ｈ — ｅ ｆｃｅ ｃ ｇ ｆｉｉ ｎ ｙ，ｌ ｏｗ — ｐｏ ｒ ｏ ｗｅ ｃ ｎ— ｓ ｍ ｐ ｉ ｎ， ｎｄ ｅ ｒ ｕ ｔｏ ａ ｎｅ ｇｙ—ｓ ｖｉ ｇ． ａ ｎ Ｋｅ ｒ ｓ： ｇｈ — ｅ ｆｃ ｅ ｃ ａ ｄ ｏ — ｐ ｗｅ ｙ ｗｏ ｄ ｈｉ ｆｉ ｉ ｎ ｙ ｎ ｌ ｗ ｏ ｒ ｃ ｏｎｓ ｍ ｐｔｏｎ ｓ ｔ ｈｉ ｇ ｐｏ ｒ ｓ ｐｌ ＰＦＣ； ｅ ｉ— ｕ ｉ ｗｉｃ ｎ ｗｅ ｕｐ ｙ； ｓｍ ｂｒｄ ｒｖ ｎｇ； ｏ ｄ ｍｏ ｔ ｒｎ ｉ ｇｅ ｄ ｉ ｉ ｌ ａ ｎｉｏ ｉ ｇ
一种大功率可调开关电源的设计方案
一种大功率可调开关电源的设计方案设计方案：大功率可调开关电源一、引言在现代电子设备中，大功率可调开关电源被广泛应用于各种场合，如工业自动化设备、通信设备等。
本文旨在设计一种大功率可调开关电源，满足高效率、稳定性和可调性的需求。
二、电源拓扑结构选择在设计大功率可调开关电源时，选择合适的电源拓扑结构是关键。
常见的拓扑结构有单相桥式、全桥式、半桥式等。
鉴于本设计要求大功率输出，采用半桥式拓扑结构。
三、开关功率器件选取在选择开关功率器件时，需要考虑其导通电阻、开关速度以及工作温度等因素。
本设计选取高性能的MOSFET作为开关功率器件，具有低导通电阻、快速开关速度和良好的热耐受性。
四、控制电路设计为了实现大功率可调输出，需要设计合适的控制电路。
控制电路主要包括反馈信号采集、控制信号产生和保护电路等。
1.反馈信号采集：采用外部反馈电路监测输出电压和电流，并将反馈信号送至控制电路。
2.控制信号产生：采用PWM（脉宽调制）技术产生控制信号，通过对开关器件的开关时间比进行调节，实现输出电压的调节。
3.保护电路：为了确保开关电源的稳定性和可靠性，需要设计过压保护、过流保护以及温度保护等保护电路。
五、过渡过程优化设计由于大功率可调开关电源在输出电流和电压的调整过程中，容易出现过渡过程中的不稳定情况，需要进行优化设计。
1.输出滤波电路：采用适当设计的LC滤波电路，在输出端滤除高频噪声和谐波，确保输出电压和电流的稳定性。
2.脉宽调制优化：通过对控制信号的优化，减少输出电压和电流调节过程中的波动。
3.反馈控制算法：采用先进的控制算法，如PID控制算法，提高输出电压和电流的稳定性。
六、输出电路保护设计在大功率可调开关电源设计中，保护电路的设计尤为重要。
常见的保护功能包括过压保护、过流保护、过温保护等。
1.过压保护：通过监测输出电压，当输出电压超过预设范围时，立即切断开关器件，以防止输出负载受损。
2.过流保护：通过监测输出电流，当输出电流超过预设范围时，立即切断开关器件，以避免开关器件和输出负载过载。
低EMI、高效的零电压开关反激式开关电源设计
低EMI、高效的零电压开关反激式开关电源设计
反激式开关电源以电路简单电磁干扰相对小得到广泛应用，而采用自激型反激式开关电源减小EMI将导致电源效率下降，发热量大，可靠性下降。
因而需要一种低EMI，高效的反激式开关电源。
本文的“零电压”开关方式，复位过程无损耗，因此效率高。
同时电感电流也为零，开通时刻因寄生振荡所产生的输出电压尖峰和EMI大幅度降低。
反激式开关电源以电路简单电磁干扰相对小而得到广泛应用，对开关电源的输出电压尖峰和EMI也提出了更高的要求，通常减小EMI的方法主要是采用自激型反激式开关电源，用开关速度相对慢的双极晶体管作为主开关；加大缓冲电路电容量来降低关断过程的dz/dt，di/dt产生的EMI用减缓导通过程减小开通EMI，付出的代价是电源效率下降，发热量大，可靠性下降。
因而需要一种低EMI，高效的反激式开关电源，软开关反激式开关电源，便是比较理想的解决方案。
零电压开关
变压器通过次级绕组、输出整流二极管向输出端释放储能。
变压器次级电流为：
变压器次级电流降到零，变压器储能全部释放，输出整流二极管自然关断，电路进人缓冲电路复位阶段。
缓冲电路复位阶段对应t3-t4期间为使缓冲电容器在下一个开关周期能起到缓冲作用，保证开关管“零电压”关断和“零电压”开通，需将缓冲电容器放电，将电荷全部泄放，即复位。
与有损耗缓冲电路不同，无损耗缓冲电路采用LC谐振方式将缓冲电容器复位，本文电路的复位电感为变压器初级电。
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单级功率因数校正的主要形式
以Infineon 的电流泵为代表的单级功率因数 校正技术。特别适用于电视机，显示器等 需要低电磁干扰的应用； 无输入整流滤波电容器的反激式开关电源 单级功率因数校正技术。特别适用于负载 带有稳压功能的电源适配器，如笔记本电 脑电源适配器
效率改善情况
准谐振反激式开关电源的效率将比采用无 源无损耗缓冲电路的反激式开关电源高 5~8%；比RCD高至少10%。
准谐振反激式开关电源的不足
准谐振反激式开关电源毕竟是通过电感将 输入电能转换到输出，使得输入向输出传 输电能不连续，因而效率尽管有明显的提 高，但是，要进一步提高电源的效率（如 90%以上）将是不可能的； 开关管的耐压比较高，至少要600V以上， 是开关管的性能下降。 临界电流型，开关管的损耗要比电流连续 型大。
无源无损耗缓冲电路的优缺点
优点：可以不改变原有的控制方式，只需 将无源无损耗缓冲电路直接替代RCD缓冲 电路即可。 缺点：缓冲电路中二极管的反向恢复可能 引起某种程度的电磁干扰；二级管和复位 电感仍会产生一些损耗；缓冲电路复位时 将增加开关管的导通损耗。
如何克服无源无损耗缓冲电路的缺点？
1. 问题在于电路中存在二极管、复位电感； 2. 上述器件在工作过程中均存在损耗问题； 3. 解决问题的思路是：设法去掉缓冲电路中的二 极管和复位电感； 4. 复位电感问题如何解决？可以利用变压器的初 级激磁电感； 5.这就是准谐振反激式开关电源基本设计思路。
应用IRIS4015 实现准谐振反激式开关电源
样机的电路板元件排布图
样机的电路板图
轻载时的开关管漏-源极电压波形
满负载时的开关管漏-源极电压波形
需要解决的问题
轻负载时开关频率升高的限制。 解决方法1：采用QR/PRC（准谐振/脉冲比 率控制）控制方式 。
PRC工作状态下的空载漏/源极电压波形
高效率开关电源设计思路
陈永真 0416chenyongzhen@
一、开关电源损耗分析与 减小的方法
变换器的损耗主要是开关管的损耗
1. 开关管的导通损耗； 2. 开关管的开关损耗。
开关管的导通损耗
其中的电压和电流均为有效值。
矩形波是占空比与有效值的关系
降低开关管的导通电压可以有效地 降低导通损耗
尽可能增加占空比可以降低导通损耗
在开关管额定电流相同的条件下。占空比 为0.5的导通损耗是占空比0.4的导通损耗的 80%
MOSFET作为开关管时，导通损耗一般占 开关管总损耗的2/3； IGBT作为开关管时，导通损耗一般占开关 管总损耗的1/3。
开关管开关损耗产生的原因
开关管开关损耗的减小
变形CUK变换器与自然零电压开关 变换器组合
变形CUK变换器可以获得比BCUK变换器还 高的效率和安静输入输出特性；
利用变形CUK电路的功率因数校正
具有限流功能； PFC输出电压低于输入电压，可以使后级 PWM的实现更容易，更高效； PFC滤波电容器可以是低压的，有利于降 低成本。
2. 单级功率因数校正
应用TOP Switch的ATX电源电路的 次级部分
应用TOP Switch的ATX电源电路的电路板图
应用TOP Swit电源的实现
应用IRIS4015实现准谐振反激式开关电源; 应用ICE1QS01实现准谐振反激式开关电源;
应用NCP1207实现准谐振反激式开关电源。
自然零电压开关
自然零电压开关电路结构最简单，因此下 率也将是最高的
开关管关断过程的电压/电流波形
续流二极管续流电感中的电流
下边的开关管开通
在下边续流二极管续流的状态下，与其并 联的开关管导通，实现了零电压开通。 电感电流反向后，开关管不再起到续流作 用，正是开始传输功率。
开关管零电压开通过程主要波形
应用ICE1QS01实现准谐振反激式开关电源
电路板元件排布图
电路的印制板图
电流泵对功率因数的贡献
通过简单的电路可以将开关电源的功率因 数提高到要求值。
用NCP1207实现准谐振反激式开关电源
75W显示器开关电源电路板图
75W显示器开关电源电路板元件排布图
不同输出功率时开关管漏-源极电压波形
1. 修正开关管的电压电流波形相位，使其 尽可能的错开 2. 缓冲电容器复位，为下一次起作用做好 准备；
开关过程的负载线
缓冲电路
DCR存在的问题
1.将开关管的损耗转移到缓冲电路中。实际 上并没有提高效率。
解决的思路
1.需要将缓冲电容器复位释放的能量回收； 2. 采用LC谐振使缓冲电容器电压复位
让我们继续努力！
零电压开关同步整流器
自 然 零 电 压 开 关 的 主 要 波 形
二、高效率开关电源设计实例
1. 应用常规控制芯片的实现方法； 2. 准谐振反激式开关电源的实现方法； 3. 自然零电压开关变换器与直流母线变换 器的实现；
（一）应用常规控制芯片实现高效 率开关电源
采用无源无损耗缓冲电路的UC3842应 用电路 应用TOP Switch的高效率开关电源
采用无源无损耗缓冲电路的UC3842应用电路
采用无源无损耗缓冲电路的UC3842应用电路板图
应用TOP Switch的高效率开关电源 （1）70W反激式开关电源电路
70W反激式开关电源电路电路板图
应用TOP Switch的ATX电源电路(2)
应用TOP Switch的ATX电源电路的初级 部分
进一步改进效率的思路
考虑正激变换器的效率比反激式变换器的 效率高，可以考虑在正激变换器中采用谐 振式工作模式。 问题的关键是变换器如何工作在谐振工作 模式，以确保开关管的零电压开关。 合适的调频工作模式可以确保开关管的零 电压开关。
LLC谐振桥式变换器
LLC谐振是桥式变换器获得零电压开关的最有效的方法
最高电源电压和最大负载时开关管 漏-源极电压波形
动态自供电示意
直流母线变换器
200W 200W 直 流 母 线 变 换 器 电 路 板图
300W直流母线变换器电路板图
LLC谐振桥式变换器的实现
（三）高效率开关电源 的其他设计思路
1. 级联方式的开关电源
可以发挥各变换器的优点，避免缺点。实 现性能最佳、效率最高。
数字降频特性
数字降频的开关管漏-源极电压波形
重负载时开关管的漏-源极电压波形
数字降频的开关管漏-源极电压波形
负载减轻后开关管在第二个漏-源电压的极 小值处开通
数字降频的开关管漏-源极电压波形
负载进一步减轻时开关管在第三个漏-源电 压的极小值处开通
数字降频的开关管漏-源极电压波形
负载更加减小时开关管在第七个漏-源电压 的极小值处开通
测试结果
1. 样机：输入220VAC±20%，输出电压 24VDC/3.5A。 2.电源效应与负载效应：＜1%。 3.效率：89%。 4. 输出电压尖峰：88mV（100MHz示波器 测试）
解决方法2：数字降频
利用Infineon的数字降频的准谐振反激式开 关电源控制芯片ICE1QS01对反激式开关电 源进行控制，实现数字降频。
准谐振反激式开关电源原理
准谐振反激式开关电源的主电路
缓冲电路作用于复位的等效电路
缓冲电路作用期间 缓冲电路的复位
主要波形
与无源无损耗缓冲电路相比的优点
1. 由于采用变压器初级激磁电感作为缓冲 电容器的复位电感，缓冲电路中省去了二 级管和复位电感； 2. 由于缓冲电路中仅剩下缓冲电容器，缓 冲电路将“没有”损耗产生，效率会进一步 提高； 3. 开关管在漏-源极电压最小值处开通，使 开通损耗变得最小化。 4. 缓冲电容器的复位没有经过开关管，缓 冲电路的复位过程不会增加开关管的导通 损耗。
开关频率低于LC谐振频率时的等效电路
开关频率低于LC谐振频率的主要波形
开关频率高于LC谐振频率的主要波形
电路特点
1. 开关频率低于LC谐振频率工作模式下，输出 整流器在LC谐振电流下降到零后自动关断，开 关管开通使输出整流器的反向恢复结束，所产生 的电磁干扰相对低；而且也不会产生对开关管不 利的由于输出整流器的反向恢复所造成的开关管 的开通损耗。 2.开关频率高于于LC谐振频率工作模式下，输出 整流器的反向恢复将在开关管的开通过程完成， 可能会出现比较大的电磁干扰；还可能会使开关 管的开通损耗增加。 3. 综合考虑，一般选择开关频率低于LC谐振频 率工作模式。
LC谐振复位的单管变换器缓冲电路
缓冲电路作用期间
缓冲电路的复位过程
相关波形
双管箝位的无源无损耗缓冲电路
开关管导通状态
缓冲电路起作用期间的等效电路
箝位二极管导通
开关管重新导通与缓冲电路复位
无源无损耗缓冲电路对效率的贡献
与RCD缓冲电路相比，无源无损耗缓冲电 路可以提高效率3~5%。
Infineon Infineon
的 解 决 方 案
ON Semi的解决方案
电路板
美国National的解决方案
（四）输出滤波电容器的选择要点
1. 开关频率不很高时，需要考虑到容量； 但是电容器的ESR和可以承受的纹波电流 必须考虑； 2. 开关频率很高（如200kHz以上），主要 考虑电容器的ESR和纹波电流承受能力； 3. 随着大电容量陶瓷电容器的问世和价格 越来越低，陶瓷电容器将是输出滤波电容 器越来越多地选择。
1. 对于MOSFET而言，降低导通电阻可以 有效降低导通损耗。 例如将IRF840换成IRF740可以将导通 电阻从0.8Ω降低到0.55Ω，导通损耗可以 降低40%以上； 如果采用CoolMOS的SPP07N06C3 （RDS （ON）=0.6Ω）替代IRFBC40（RDS（ON） =1.2Ω）导通损耗可以降低一半。