基于Topswitch的單片開關(guān)電源效率技術(shù)方案

(4)交流輸入端電磁干擾濾波器(EMI)

圖1中的和C6用于構(gòu)成交流輸入端的電磁干擾濾波器(EMI)。C6能濾除輸入端脈動電壓所產(chǎn)生的串模干擾，L2則可抑制初級線圈中的共模干擾。

(5)限流保護(hù)電路

為限制通電瞬間的尖峰電流，可在輸入端接入具有負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻(NTC)。選擇該電阻時應(yīng)使之工作在熱狀態(tài)(即低阻態(tài))，以減小電源電路中的熱損耗

(6)輸出整流管(VD2)

正確選擇輸出整流管VD2可以降低電路損耗，提高電源效率。其方法一是選用肖特基整流管，原因是其正向傳輸損耗低，且不存在快恢復(fù)整流管的反向恢復(fù)損耗；二是將開關(guān)電源設(shè)計(jì)成連續(xù)工作模式，以減小次級的有效值電流和峰值電流。輸出整流管的標(biāo)稱電流應(yīng)為輸出直流電流額定值的3倍以上。

(7)輸出濾波電容(C2)

電源工作時，輸出濾波電容(C2)上的脈動電流通常很大。一般在固定負(fù)載情況下，通過C2的交流標(biāo)稱值IC2曉必須滿足下列條件：

IC2=(1.5～2) IR1

式中，IR1是輸出濾波電容C2上的脈動電流。

設(shè)輸出端負(fù)載為純電阻性R1，那么，R1C2愈大，則C2放電愈慢，輸出波形愈平坦。也就是說，在R1一定的情況下，C2愈大，輸出直流電壓愈平滑。

3.2 確保高頻變壓器的質(zhì)量

設(shè)計(jì)時應(yīng)確保高頻變壓器有合理的結(jié)構(gòu)，同時應(yīng)保證其具有較低的直流損耗和交流損耗且漏感小，線圈本身的分布電容及各線圈之間的耦合電容也要足夠小。為達(dá)到上述目標(biāo)，最主要的是要正確確定磁芯的形狀、尺寸、磁芯材料以及線圈的繞制方法等。

(1)降低高頻變壓器的直流損耗

交流損耗是由高頻電流的趨膚效應(yīng)以及磁芯損耗引起的。趨膚效應(yīng)會使導(dǎo)線的有效流通面積減小，并使導(dǎo)線的交流等效阻抗遠(yuǎn)高于銅電阻。由于高頻電流對導(dǎo)線的穿透能力與開關(guān)頻率的平方根成反比。為了減小交流銅損耗，其導(dǎo)線半徑不得超過高頻電流可達(dá)深度的兩倍。事實(shí)上，在根據(jù)開關(guān)頻率確定導(dǎo)線直徑φ后，實(shí)際制作時應(yīng)用比φ更細(xì)的導(dǎo)線多股并繞而不是用一根粗導(dǎo)線繞制。

(2)減小漏感

因?yàn)槁└杏?，產(chǎn)生的尖峰電壓幅度愈高；而初級尖峰電壓幅度愈高，初級鉗位電路的損耗就愈大，從而將導(dǎo)致電源效率降低。所以，在設(shè)計(jì)高頻變壓器時，必須把漏感減至最小。對于低損耗的高頻變壓器，其漏感量應(yīng)是開路時初級電感量的減小漏感的措施有減小初級線圈的匝數(shù)、增大線圈的寬度、增加線圈尺寸的高度與寬度之比、減小線圈之間的絕緣層以及增加線圈之間的耦合程度等。

(3)減小線圈的分布電容

在開關(guān)電源的每個通、斷轉(zhuǎn)換期間，線圈分布電容將反復(fù)充、放電，這樣，其上的能量被吸收將使電源效率降低。此外，分布電容與線圈的分布電感也會構(gòu)成LC振蕩回路，并產(chǎn)生振蕩噪聲。對于初級線圈的分布影響，可以采取如下措施來減小線圈的分布電容：一是盡量減小每匝導(dǎo)線的長度；二是將初級線圈的始端接漏極；三是在初級線圈之間加絕緣層。

4 結(jié)束語

本文通過分析單片開關(guān)電源的工作原理和影響其效率的主要因素，提出了提高單片開關(guān)電源效率的主要方法，指出了正確確定初、次級電路元件，正確設(shè)計(jì)高頻變壓器并使其具有高質(zhì)量指標(biāo)是其關(guān)鍵因素。本文的分析及結(jié)論可用于指導(dǎo)高效單片開關(guān)源的設(shè)計(jì)。