電氣工程師開關電源問題簡答

作為一個電氣工程師，我們在電子電路設計當中不可或缺的都要用到電源！而開關電源對我們電路設計來說又是那么的重要！今天給大家?guī)黹_關電源問答！

問題一：開關電源為什么常常選擇65K或者100K左右范圍作為開關頻率，有的人會說IC廠家都是生產這樣的IC，當然這也有原因。每個電源的開關頻率會決定什么？

回答1：應該從這里去思考原因。還會有人說頻率高了EMC不好過，一般來說是這樣，但這不是必然，EMC與頻率有關系，但不是必然。想象我們的電源開關頻率 提高了，直接帶來的影響是什么?當然是MOS開關損耗增大，因為單位時間開關次數(shù)增多了。如果頻率減小了會帶來什么?開關損耗是減小了，但是我們的儲能器 件單周期提供的能量就要增多，勢必需要的變壓器磁性要更大，儲能電感要更大了。選取在65K到100K左右就是一個比較合適的經(jīng)驗折中，電源就是在折中合 理化折中進行

回答2：假如在特殊情形下，輸入電壓比較低，開關損耗已經(jīng)很小了，不在乎這點開關損耗嗎，那我們就可以提高開關頻率，起到減小磁性器件體積的目的

問題二：LLC中為什么我們常在二區(qū)設計開關頻率?一區(qū)和三區(qū)為什么不可以?有哪些因素制約呢?或者如果選取一區(qū)和三區(qū)作為開關頻率會有什么后果呢?

回答1：LLC的原理是利用感性負載隨開關頻率的增大而感抗增大，來進行調節(jié)輸出電壓的，也就是PFM調制。并且MOS管開通損耗ZVS比ZCS小，一區(qū)是 容性負載區(qū)，自然不可取。那么三區(qū)，開關頻率大于諧振頻率，這個仍是感性負載區(qū)，按道理MOS實現(xiàn)ZVS沒有問題，確實如此。但是我們不能忽略副邊的輸出 二極管關斷。也就是原邊MOS管關斷時，諧振電流并沒有減小到和勵磁電流相等，實現(xiàn)副邊整流二極管軟關斷。這也是我們通常也不選擇三區(qū)的原因。

問題三：當我們反激的占空比大于50%會帶來什么?好的方面有哪些?不好的方面有哪些?

回答1：反激的占空比大于50%意味著什么，占空比影響哪些因素?第一:占空比設計過大，首先帶來的是匝比增大，主MOS管的應力必然提高。一般反激選取600V或650V以下的MOS管，成本考慮。占空比過大勢必承受不起。

回答2：很重要的是很多人知道，需要斜坡補償，否則環(huán)路震蕩。不過這也是有條件的，右平面零點的產生需要工作在CCM模式下，如果設計在DCM模式 下也就不存在這一問題了。這也是小功率為什么設計在DCM模式下的其中一個原因。

回答3：當然在特殊情形下也需要將占空比設計在大于50%，單位周期內傳遞的能量增加，可以減小開關頻率，達到提升效率的目的，如果反激為了效率做高，可以考慮這一方法。

問題四：反激電源如果要做到一定的效率，需要從哪些方面著手?準諧振?同步整流?

回答1：反激的一大劣勢就是效率問題，改善效率有哪些途徑可以思考的呢?減小損耗是必然的，損耗的點有開關管，變壓器，輸出整流管，這是主要的三個部分。

開關管我們知道反激主要是PWM調制的硬開關居多，開關損耗是我們的一大難點，好在軟開關的出現(xiàn)看到了希望。反激無法向LLC那樣做到全諧振，那只 能朝準諧振去發(fā)展(部分時間段諧振)，這樣的IC也有很多問世，我司用的較多是NCP1207，通過在MOS管關斷后，下一次開通前1腳檢測VCC電壓過 零后，然后在一個設定時間后開通下一周期。

變壓器的損耗如何做到最小，完美使用的變壓器后面問題會涉及到。

同步整流一般在輸出大電流情況下，副邊整流流二極管，哪怕用肖特基損耗依然會很大，這時候采用同步整流MOS替代肖特基二極管。有些人會說這樣成本高不如用LLC，或者正激呢，當然沒有最好的，只有更合適的。

問題五： 我們選擇拓撲時需要考慮哪些方面的因素?各種拓撲使用環(huán)境及優(yōu)缺點?

回答1：

反激特點：適用在小于150W，理論這么說，實際大于75W就很少用，不談很特殊的情況。反激的有點成本低，調試容易(相對于半橋，全橋)，主要是 磁芯單向勵磁，功率由局限性，效率也不高，主要是硬開關，漏感大等等原因。全電壓范圍(85V-264V)效率一般在80%以下，單電壓達到80%很容 易。

正激特點：功率適中，可做中小功率，功率一般在200W以下，當然可以做很大功率，只是不常常這么做，原因是正激和反激一樣單向勵磁，做大功率磁芯 體積要求大，當然采用2個變壓器串并聯(lián)的也有，注意只談一般情形，不誤導新人。正激有點，成本適中，當然比反激高，優(yōu)點效率比反激高，尤其采用有源箝位做 原邊吸收，將漏感能量重新利用。

半橋：目前比較火的是LLC諧振半橋，中小功率，大功率通吃型。(一般大于100W小于3KW)。特點成本比反激正激高，因為多用了1個MOS管 (雙向勵磁)和1個整流管，控制IC也貴，環(huán)路設計業(yè)復雜(一般采用運放，尤其還要做電流環(huán))。優(yōu)點:采用軟開關，EMC好，效率極高，比正激高，我做過 960W LLC,效率可達96%以上(全電壓)(當然PFC是采用無橋方式)。其它半橋我不推薦，至少我不會去用，比較老的不對稱橋，很難做到軟開關，LLC成熟 以前用的多，現(xiàn)在很少用，至少艾默生等大公司都傾向于LLC，跟著主流走一般都不會錯。

全橋：一般用在大于2KW以上，首推移相全橋，特點，雙向勵磁，MOS管應力小，比LLC應力小一半，大功率尤其輸入電壓較高時，一般用移相全橋， 輸入電壓低用LLC。成本特別高，比LLC還多用2個MOS。這還不是首要的，主要是驅動復雜，一般的IC驅動能力都達不到，要將驅動放大，采用隔離變壓 器驅動，這里才是成本高的另一方面。

推挽：應用在大功率，尤其是輸入電壓低的大功率場合，特點電壓應力高，當然電流應力小，大功率用全橋還是推挽一般看輸入電壓。變壓器多一個繞組，管子應力要求高，當然常提到的磁偏磁也需要克服。這個我真沒用過，沒涉及電力電源，很難用到它的時候。

問題六：電源的元器件你懂多少?MOS管結電容多大，對哪些有影響?RDS跟溫度是什么關系?肖特基反向恢復電流影響什么?電容的ESR會帶來哪些影響?

回答1：電源中的設計的器件類型很多，主要有半導體器件如：MOS管，三極管，IC，運放，二極管，光耦等;磁性器件：電感，變壓器，磁珠等;電容：Y電容，X電容，瓷片電容，電解電容，貼片電容等;每種器件都有其規(guī)格，極限參數(shù)。

常規(guī)的參數(shù)在我們選型很容易把握，例如選取MOS管，耐壓參數(shù)肯定會考慮，額定電流也會考慮，導通電阻我們會考慮，但還有一些寄生參數(shù)以及一些隨溫 度變化特性的參數(shù)卻很少去注意，或者只有在發(fā)現(xiàn)問題的時候才會去找。導通電阻Rds(on)隨溫度升高其阻值是變大的，設計MOS管損耗時要考慮到其工作 的環(huán)境溫度。結電容影響到我們的開通損耗，也會影響到EMC。

肖特基二極管耐壓，額定電流一般很好注意，有些參數(shù)例如導通壓降在溫度升高時會減小，反向恢復時間短，不過漏電流大(尤其是考慮到高溫時漏電流影響就更大了)，寄生電感會引起關斷尖峰很高。

電容一個重要參數(shù)ESR，在計算紋波時通常會考慮，ESR一般與C的關聯(lián)是很大的，不過不同廠家的品質因素影響也是很巨大，一定要具體分清楚。一般估算公司可參考：ESR=10/(C的0.73次方)，電容在高溫時壽命會縮短，低溫時容量會減小，漏電流也會增加等等。