开关电源空载功耗计算计算方法
开关电源参数计算(带PFC)
PFC电路原理及其相关计算
By Stanley QE Department,QRA LITEON electronics (Dongguan) co.,LTD
LITE ON
一.PFC电路基本原理
一.简介
稳定的能源设备除了能供应系统维持正常的功能外并影响整个系统的特 性，再者当今能源短缺急需节约能源潮流的驱使下，设计产生高效率的能源 设备，减少能源浪费是为众所追求的目标。并且在电力品质与电力性能方面 也必须有较严格的标准，例如：较大的额定功率,较小的杂讯干扰，较理想 的能源使用率等等，都是设计电路必须考虑的问题，而电源转换器之功率因 数则直接影响上述性能。 一般而言，提升功率因数直接影响下述问题： 1.杂讯干扰问题。 由于桥式整流所所产生之输入电流一不规则且不连续之脉动电流，含有大 量之高频谐波，因此对于一些电子周边设备将产生一些不必要的干扰，。故 为了抑制高频谐波电流干扰必须利用外加电路来修正输入电流使其接近正弦 ，如此方能降低输入电流中之高频谐波含量进一步克服杂讯干扰的问题。
从上述解中可得到一个隐函条件,即Y≧0. 因为主MOS管在道通时,变压器的 电流不可能下降.所以从Y≧0条件中解得 U0/ D主η2U0高压≧1/N
得
LITE ON
D≦U0N/η2U0高压 即主MOS管的最大占空比 因为在二次侧应属于降压型电路,则输入与输出应符合 输出=输入*D 对于此电路应有 U0=D主U0高压/N 可得: D主= U0N /U0高压 将D主=U0N/ U0高压代入L得表达式有 X=I0/N Y=2(1-η2)I0/Nη2 L=U0N2η2/(2I0F主(1-η2)) 将U0=12V, N=11, η2 =0.5, I0=1A(实际测得在输出电流为1A时,电源效率 为46.5%,考虑到此效率是变压器前端至输出的效率 ,所以取η2 =0.5),F主 =70KHz 代入L的表达式得到L的感值大小 L=10.37mH (实际测得11.2mH)
开关电源计算参考
根据技术指标的要求，输入功率约为62.5W，则原边峰值电流为:Ipk=2Po/(Vin(max)Dmax)=0.69A (1)式中：Po为输出功率，50W；Vin(max)为交流电压的最大值(取240V)经过整流后得到的直流电压的数值，取288V；Dmax为最大占空比，取0.5。
变压器的初级电感量为:Lp=Vin(max)×Dmax/(Ipk×f)=4.02 mH (2)式中：Vin(max)为交流电压的最小值(取185V)经过整流后得到的直流电压的数值，取222V；Dmax为最大占空比，取0.5；f为工作频率，40 kHz。
利用AP法选择最小尺寸的磁芯Ae×Ac=Lp×Lpk×106/(j×Ke×Kc×△Bmax ) = 15.7×103mm4 (3)式中：Lp为前面计算的变压器初级电感量；Ipk为原边峰值电流；j为电流密度(A/mm2 )，这里取为3；Ke为铁芯截面有效系数，选用铁氧体铁芯，Ke=0.98；Kc为铁芯窗口的有效利用系数，取0.3；△Bmax为磁通密度的最大变化量，取0.2据此可选EI33型磁芯，其Ae=9.7×12.7=123.19mm2,Ac=7.3×19.2=140.16mm2(其Ae×Ac=17.3×103mm4)导线截面积为Sx=Iin(max)/j=0.28/3=0.09 mm2 (4)可选择直径为0.41 mm的漆包线。
初级匝数为:Np= Vs×ton/(△Bac×Ae)=123 (5)式中：Vs为原边所加的直流电压的平均值，取264V；ton为最大占空比下的开通时间，为1.2×12.5×10-6s。
次级匝数为Ns=Np×U2/U1=24.6，取25。
式中：U2/U1为变压器原副边的电压比，根据经验数值以及所选开关管的耐压值(500 V)，设定原副边的电压比为5：1)。
【很完整】牛人教你开关电源各功能部分原理分析、计算与选型
【很完整】⽜⼈教你开关电源各功能部分原理分析、计算与选型1 开关电源介绍此⽂档是作为张占松⾼级开关电源设计之后的强化培训，基于计划安排，由申⼯讲解了变压器设计之后，在此⽂章中简单带过变压器设计原理，重点讲解电路⼯作原理和设计过程中关键器件计算与选型。
开关电源的⼯作过程相当容易理解，其拥有三个明显特征：开关：电⼒电⼦器件⼯作在开关状态⽽不是线性状态⾼频：电⼒电⼦器件⼯作在⾼频⽽不是接近⼯频的低频直流：开关电源输出的是直流⽽不是交流也可以输出⾼频交流如电⼦变压器1.1 开关电源基本组成部分1.2 开关电源分类：开关电源按照拓扑分很多类型：buck boost 正激反激半桥全桥 LLC 等等，但是从本质上区分，开关电源只有两种⼯作⽅式：正激：是开关管开通时传输能量，反激：开关管关断时传输能量。
下⾯将以反激电源为例进⾏讲解。
1.3 反激开关电源简介反激⼜被称为隔离buck-boost 电路。
基本⼯作原理：开关管打开时变压器存储能量，开关管关断时释放存储的能量反激开关电源根据开关管数⽬可分为双端和单端反激。
根据反激变压器⼯作模式可分为CCM 和DCM 模式反激电源。
根据控制⽅式可分为PFM 和PWM 型反激电源。
根据驱动占空⽐的产⽣⽅式可分为电压型和电流型反激开关电源。
我们所要讲的反激电源精确定义为：电流型PWM 单端反激电源。
1.4 电流型PWM 单端反激电源此类反激电源优点：结构简单价格便宜，适⽤⼩功率电源。
此类反激电源缺点：功率较⼩，⼀般在150w 以下，纹波较⼤，电压负载调整率低，⼀般⼤于5%。
此类反激电源设计难点主要是变压器的设计，特别是宽输⼊电压，多路输出的变压器。
2 举例讲解设计过程为了更清楚了解设计中详细计算过程，我们将以220VAC-380VAC 输⼊，+5V±3%（5A），±15±5%（0.5A）三路共地输出反激电源为例讲解设计过程。
提出上⾯要求，选择思路如下：提出上⾯要求，选择思路如下：电源总输出功率P=5*5W+15*0.5*2=40W 功率较⼩，可以选择反激开关电源。
开关电源设计计算公式
CDQZ-5107SEHOTTKY 计算方法1、由于前面计算变压器可知：Np=82T 3Ns=13T 32、在输入电压为264Vac 时，反射到次级电压为：Vmax=264Vac*2=373V DCV SR =P S N N *Vmax =8213*373=59.5V DC 3、设次级感量引起的电压为：（VR ：初级漏感引起的电压）V RR =PS N N *V R =8213*90=14.5V DC 4、计算肖特基的耐压值：V PP =V SR +V RR +V o =59.5+14.5+12=86V DC5、计算出输出峰值电流：V SPK =D I O -12=474.011*2-=3.8A 6、由计算变压器可知：I rms =1.59A故选择3A/100V 的肖特基满足设计要求。
（因3A 的有效值为3.9A ）客户名称客户编号公司编号样品单编号日期输入范围输入电压电流CDQZ-5107MOSFET 计算方法1、由于前面计算变压器可知：Np=82T 3Ns=13T 32、输入电压最大值为264Vac ，故经过桥式整流后，得到：Vmax=264Vac*2=373V DC3、次级反射到初级的电压为：V PR =S P N N *V O =1382*12=76V DC 4、由前面计算变压器可知，取初级漏感引起的电压，V R =90V DC ，故MOFET 要求耐压值为：V DS =V max +V R +V PR =373+90+76=539V DC5、计算初级峰值电流：I rms =DF V I V in O P *** =6.0*100*88.01*82=0.227A ∴I PK =3D I rms =3473.0227.0=0.571A 6、故选择2A/600V 的MOSFET 满足设计要求，即选用仙童2N60C 。
客户名称客户编号公司编号样品单编号日期输入范围输入电压电流CDQZ5107输入及输出电容估算方法一、输入电解电容计划算方法：1、因输出电压12V 输出电流1A 故输出功率：Pour=Vo*Io=12.0V*1A=12W2、设变压器的转换效率为80%，则输出功率为12W 的电源其输入功率：Pin=Pout/效率=15%8012=W 3、因输入最小电压为90VAC ，则直流输出电压为：Vin=90*2=127Vdc故负载直流电流为：I=Vin Pin =A V acW 1182.012715=4、设计允许30V 峰一峰值的纹波电压，并且电容要维持电压的时间为半周期，即半周期的线性频率的交流电压在约是8ms 则：C=uF V t I 6.313010*8*1182.0.3==∆-实际用选择用33uF5、因最大输入电压为264Vac ，则直流输出电压为:V1=264*2=373Vdc实际选用耐压400Vdc 的电解电容,故选用47uF/400v 电解电容可以满足要求。
开关电源的设计计算
jw=S同時令Wn=1/Rc=2πfn
Aμ=V0/VS=1/【1+j(f/fn)】Aup
其fn稱為指征頻率,其由RC所決定,由幅頻特性可知,
當f=fn時,則|Au|=1/ 2 Aup故該電路的截止頻率為
fc=fn=1/2πRC
=｛【（1+jwcR）/jwc】//jwc2｝/【R1R2/（R1+R2）】
(b)
for a圖頻帶寬高增益a低頻率
頻帶寬高增益a低頻率
for b圖
Inrush Current線路分析
一.Inrush Current產生之原因分析
電源供應器在開機之瞬間,由于濾波電容之充電,交流回路上呈現非常低之阻抗,其大小約等于濾波電容器之ESR值,這樣在開機瞬間將會有很大之突波電流產生.此突波電流有時甚至超過上百安培,具有很大之危害性.
2.使用TRIAC-RESISTOR(ORSCR)來抑制Inrush Current之技術
(1)TRIAC之介紹
TRIAC稱為閘控開關,或稱為閘流體,它有三個极,見圖,分別為MT1,MT2和Gate.
它是雙向阻擋閘流體,當G极臅發導通后,若MT1.MT2极之間加偏壓,則有電流
在其中流通,注意它是雙向導通的.(AC.DC
二.Inrush Current之危害分析
由於開機瞬間Inrush Current高達數十安,甚至數百安,因此它的危害性是不言而喻.首先,如果它的能量超過保險絲的額定工作能量I2t,則會使得保險絲熔斷,而使電源無法工作,其次,由於它有很高的電流峰值,可能使整流橋,開關電晶體,clamper線路上的半導體等元件燒毀.最後,它還可能造成很大的雜訊干擾而影響使用共同電源的其它電子設備.
开关电源的总损耗
开关电源的总损耗开关电源的总损耗根据效率定义，电源的总损耗为△P=Pi－Po=Po(1/η－1) (7.3.2)总损耗包括功率器件、变压器、滤波电路、缓冲电路、辅助电源、EMI滤波、保险丝、假负载等一切损耗。
有时“变换器效率”，实际上仅只包含功率电路、变压器、整流滤波电路和缓冲电路损耗，不包含除此以外的其他电路损耗，甚至不包含功率开关驱动损耗。
开关电源适配器设计开始，应当对所设计电源效率有一个恰当的估计，由此选择功率开关。
用式（7.3.2）计算出允许的总损耗。
再根据所选择拓朴给出功率电路的允许损耗——功率开关损耗Ps，变压器损耗Pt，滤波器损耗Pf，漏感引起的损耗Pls，缓冲电路损耗Psn，整流损耗Pr等等。
辅助电源如果是直接取自于输入电压，不影响功率电路输入功率，可根据所选择的功率器件，保护电路和显示电路的消耗电流，单独给出允许损耗；如果辅助电源采用自举供电，在功率电路中还应当包含其损耗。
功率开关损耗Ps包括功率管导通和开关损耗。
导通损耗与电流I或电流的平方I2成正比。
高压器件比低压器件导通电阻（或压降）大，更长的开关时间，因此通态损耗和开关损耗也大。
开关损耗随频率增加而增加，因此高压大功率开关电源一般开关频率较低。
IGBT电压定额一般在500V以上，导通压降在2-3V，从损耗的观点看不适宜工作在低电压（小于200V）和工作频率超过30kHz电路中。
低压MOSFET电流定额越大，导通电阻越小。
如果将大电流定额的器件用在小工作电流场合，导通损耗明显降低，但大电流器件的栅极电荷比小电流大，栅极驱动损耗将明显增加，因此必须在栅极损耗和导通损耗之间折中，但栅极损耗随开关频率增加而增加，如果采用大马拉小车，开关频率是调节损耗的重要因素。
双极型功率管通态压降一般在1V以上，为减少存储时间，通常采用抗饱和措施，导通压降增加。
粗略估计，可以假定开关损耗等于导通损耗。
变压器损耗Pt包括磁芯损耗和线圈损耗（铜损耗）。
开关损耗计算公式
开关损耗计算公式
开关损耗计算公式是电力系统中非常重要的一个公式，它可以帮助我们计算开关在工作过程中的损耗，从而更好地掌握电力系统的运行情况。
我们需要了解什么是开关损耗。
开关损耗是指在开关工作过程中，由于电流通过开关时产生的电阻、电感和电容等因素，导致能量的损失。
这种损耗会导致电力系统的效率降低，同时也会对开关本身造成一定的损伤。
那么，如何计算开关损耗呢？我们可以使用以下的开关损耗计算公式：
P = I^2 * R * t
其中，P表示开关损耗的功率，单位为瓦特（W）；I表示电流，单位为安培（A）；R表示开关的电阻，单位为欧姆（Ω）；t表示开关的工作时间，单位为秒（s）。
通过这个公式，我们可以计算出开关在工作过程中的损耗功率，从而更好地了解电力系统的运行情况。
同时，我们也可以通过优化开关的设计和使用方式，来减少开关损耗，提高电力系统的效率和稳定性。
开关损耗计算公式是电力系统中非常重要的一个公式，它可以帮助
我们更好地了解电力系统的运行情况，同时也可以指导我们优化开关的设计和使用方式，提高电力系统的效率和稳定性。
开关电源设计常用公式
开关电源设计常用公式Pin(av):额定输入功率.fac(min):交流最小频率(40-75Hz)输入电容:Cin=0.3Pin(av)/fac(min)*Vin(min)*V²ripple(p-p)功率电阻:Rsc=Vsc(max)/Ipk输出电容:Cout=Iout(max)*(1-Dmin)/f*Vripple(pk-pk)库仑定律:I=V*C/△T=>V=I*△T/C波行周期:Ts=1/f频率:f=1/Ts占空比:D=ton/Ts储能电感:L=Eout*toff/0.25*Iout;L=(Vin(max)-Vo)*Ton/1.4*Io(min);L=AL*N²;EL=LI²磁感应强度增量:△B=V*D/N*Ae*f反激匝比:n=Ns/Np=(Vo+Vd/Vs(min))*Ts/ton(max)反激输出功率:Po=1/2*Lp*Ipk²*f输入峰值电流:Ipk=2Po/Vs*Dmax反激原边电感量:Lp=Vs(min)*Dmax*Ts/Ipk反激原边匝数:Np=Lp*Ipk/△B*Ae[Lp-原边电感量﹑]反激副边匝数:Ns=(Vo+Vd)*(1-Dmax)*Np/Vs(min)*Dmax[Vd-输出二极管压降﹑Dmax-占空比﹐Vs(min)-输入最低电压]正激原边电流:Ic=Pi/Dmax*Vs(min)正激原边有效值电流:Ip=Pin/Vs(min)*0.71导线直径:Dwp=1/Rp√4sp/π(Sp=Ip/j(mm²);Is=Io/1.414;Ss=Is/j)单管正激原边匝数:Np=Vs(max)*ton/△B*Ae;△Bmax=△Bac*Vs(max)/Vs正激匝比:n=Ns/Np=(Vo+Vd/Vs(min))*toff/ton单管正激副边匝数:Ns=Vo*Np*Ts/Vs(min)*ton双管正激副边匝数:Np=Vs(max)*ton/△B*Ae;△Bmax=△Bac*Vs(max)/Vs双管正激副边匝数:Ns=1.1(Vout+Vfwd)/Np*Vin(min)*Dmax(0.95);推挽式输出电压:Vo=(Vs*ton/(ton+toff))*(Ns/Np)推挽式原边匝数:Np=Vs(min)*N/V;N/V=ton/△B*Ae=ton/φ推挽式,半桥,全桥式匝比:n=Ns/Np=(2(Vo+Vdf)/Vs(min))*Ts/ton(max)半桥,全桥式输出电压:Vo=(1/2*Vs*2D)/2n=Vs*ton*Ns/Np*2Ts半桥,全桥式原边匝数:Np=Vs(max)*ton/△B*Ae;△Bmax=△Bac*Vs(max)/Vs电感电流连续时需要的电感量:L=Vo*toff/2*Io(min)电感电流断续时需要的电感量:L=(vi-vo)*ton/0.2*Io=5(vi-vo)*vo/vi*Io*f正激类和Buck电流连续时需要的电感量:L≧Vo*toff/△I;断续时:L≦Vo*toff/△IBoot,Buck/Boot电感电流连续时需要的电感量:L≧Vi*ton/△I;断续时::L≦Vi*ton/△I通常Ipk值算法还有:Ipk=K*Po/Vin(min):反激:K=5.5;正激,半桥:K=2.8;推挽,全桥:K=1.4。
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开关电源空载功耗计算计算方法
开关电源是一种应用广泛的电源类型，其空载功耗是评价其节能性能的主要指标之一。
计算开关电源的空载功耗需要了解其工作原理和相关参数，下面介绍一种计算方法。
1. 空载功耗的概念
空载功耗是指电源在无负载时的功耗，通常用单位时间内消耗的能量表示。
对于开关电源而言，空载功耗是指在输出电流为零时，电源本身消耗的电能。
2. 空载功耗的计算方法
开关电源的空载功耗与其设计参数有关，主要包括开关管的截止电流、变压器的损耗、控制电路的功耗等。
计算方法如下：空载功耗 = (截止电流 x MOSFET开关损耗) + (变压器空载损耗) + (控制电路功耗)
其中，MOSFET开关损耗可由数据手册中提供的开关特性曲线和电源输出电压、电流计算得出；变压器空载损耗可由变压器参数和工作频率计算得出；控制电路功耗可由数据手册提供的电路图和元件参数计算得出。
3. 降低空载功耗的措施
开关电源空载功耗的高低会对能源消耗和环境保护产生影响，因此需要采取措施来降低其空载功耗。
主要措施包括：
(1) 优化设计：合理选取元器件参数和电路拓扑，降低开关管截止电流和变压器损耗；
(2) 降低工作频率：降低工作频率可以降低变压器损耗，但需要注意频率过低可能会引起其他问题；
(3) 采用节能控制策略：如进入睡眠模式、功率因数校正等，可以减少控制电路功耗。
以上就是开关电源空载功耗计算方法的介绍，希望对大家有所帮助。