开关电源根底知识问答.docx
开关电源根底知识问答作为我们电气电子工程师来说！尤其在电子电路设计当中不可或缺的，是我们都要用到电源！而开关电源对我们电路设计来说又是那么的重要！今天给大家带来开关电源问答！问题一：开关电源为什么常常选择65K或者IOOK左右范围作为开关频率，有的人会说IC厂家都是生产这样的IC,当然这也有原因。每个电源的开关频率会决定什么？答复1：应该从这里去思考原因。还会有人说频率高了EMC不好过，一般来说是这样，但这不是必然，EMC与频率有关系，但不是必然。想象我们的电源开关频率提高了，直接带来的影响是什么？当然是MOS开关损耗增大，因为单位时间开关次数增多了。如果频率减小了会带来什么？开关损耗是减小了，但是我们的储能器件单周期提供的能量就要增多，势必需要的变压器磁性要更大，储能电感要更大了。选取在65K到IOOK左右就是一个比较合适的经验折中，电源就是在折中合理化折中开展答复2：假设在特殊情形下，输入电压比较低，开关损耗已经很小了，不在乎这点开关损耗吗，那我们就可以提高开关频率，起到减小磁性器件体积的目的问题二：1.1.C中为什么我们常在二区设计开关频率？一区和三区为什么不可以？有哪些因素制约呢？或者如果选取一区和三区作为开关频率会有什么后果呢？答复1：1.1.C的原理是利用感性负载随开关频率的增大而感抗增大，来开展调节输出电压的，也就是PFM调制。并且MOS管开通损耗ZVS比ZCS小，一区是容性负载区，自然不可取。那么三区，开关频率大于谐振频率，这个仍是感性负载区，按道理MOS实现ZVS没有问题，确实如此。但是我们不能忽略副边的输出二极管关断。也就是原边MOS管关断时，谐振电流并没有减小到和励磁电流相等，实现副边整流二极管软关断。这也是我们通常也不选择三区的原因。问题三：当我们反激的占空比大于50%会带来什么？好的方面有哪些？不好的方面有哪些？答复1：反激的占空比大于50%意味着什么，占空比影响哪些因素？第一：占空比设计过大，首先带来的是匝比增大,主MoS管的应力必然提高。一般反激选取60OV或650V以下的MOS管，成本考虑。占空比过大势必承受不起。答复2：很重要的是很多人知道，需要斜坡补偿，否则环路震荡。不过这也是有条件的，右平面零点的产生需要工作在CCM模式下，如果设计在DCM模式下也就不存在这一问题了。这也是小功率为什么设计在DCM模式下的其中一个原因。答复3：当然在特殊情形下也需要将占空比设计在大于50%,单位周期内传递的能量增加，可以减小开关频率，到达提升效率的目的，如果反激为了效率做高，可以考虑这一方法。问题四：反激电源如果要做到一定的效率，需要从哪些方面着手？准谐振？同步整流？答复1：反激的一大劣势就是效率问题，改善效率有哪些途径可以思考的呢？减小损耗是必然的，损耗的点有开关管，变压器，输出整流管，这是主要的三个部分。开关管我们知道反激主要是PWM调制的硬开关居多，开关损耗是我们的一大难点，好在软开关的出现看到了希望。反激无法向1.1.C那样做到全谐振，那只能朝准谐振去发展（部分时间段谐振），这样的IC也有很多问世，我司用的较多是NCP1207,通过在MOS管关断后，下一次开通前1脚检测VCC电压过零后，然后在一个设定时间后开通下一周期。变压器的损耗如何做到最小，完美使用的变压器后面问题会涉及到。同步整流一般在输出大电流情况下，副边整流流二极管,哪怕用肖特基损耗依然会很大，这时候采用同步整流MOS替代肖特基二极管。有些人会说这样成本高不如用1.1.C,或者正激呢，当然没有最好的，只有更合适的。问题五：我们选择拓扑时需要考虑哪些方面的因素？各种拓扑使用环境及优缺点？答复1：反激特点：适用在小于150W,理论这么说，实际大于75W就很少用，不谈很特殊的情况。反激的有点成本低，调试容易（相对于半桥，全桥），主要是磁芯单向励磁，功率由局限性，效率也不高，主要是硬开关，漏感大等等原因。全电压范围（85V-264V）效率一般在80%以下，单电压到达80%很容易。正激特点：功率适中，可做中小功率，功率一般在200W以下，当然可以做很大功率，只是不常常这么做，原因是正激和反激一样单向励磁，做大功率磁芯体积要求大，当然采用2个变压器串并联的也有，注意只谈一般情形，不误导新人。正激有点，成本适中，当然比反激高，优点效率比反激高，尤其采用有源箝位做原边吸收，将漏感能量重新利用。半桥：目前比较火的是1.1.C谐振半桥，中小功率，大功率通吃型。（一般大于IOOW小于3KW）。特点成本比反激正激高，因为多用了1个MOS管（双向励磁）和1个整流管，控制IC也贵，环路设计业复杂（一般采用运放，尤其还要做电流环）。优点：采用软开关，EMC好，效率极高，比正激高，我做过960W1.1.C,效率可达96%以上（全电压）（当然PFC是采用无桥方式）。其它半桥我不推荐，至少我不会去用，比较老的不对称桥，很难做到软开关，1.1.C成熟以前用的多，现在很少用，至少艾默生等大公司都倾向于1.1.C,跟着主流走一般都不会错。全桥：一般用在大于2KW以上，首推移相全桥，特点,双向励磁，MoS管应力小，比1.1.C应力小一半，大功率尤其输入电压较高时，一般用移相全桥，输入电压低用1.1.C。成本特别高，比1.1.C还多用2个M0S。这还不是首要的，主要是驱动复杂，一般的IC驱动能力都达不到，要将驱动放大，采用隔离变压器驱动，这里才是成本高的另一方面。推挽：应用在大功率，尤其是输入电压低的大功率场合,特点电压应力高，当然电流应力小，大功率用全桥还是推挽一般看输入电压。变压器多一个绕组，管子应力要求高，当然常提到的磁偏磁也需要克服。这个我真没用过，没涉及电力电源，很难用到它的时候。问题六：电源的元器件你懂多少?MoS管结电容多大，对哪些有影响?RDS跟温度是什么关系？肖特基反向恢复电流影响什么？电容的ESR会带来哪些影响？答复1：电源中的设计的器件类型很多，主要有半导体器件如：MOS管，三极管，IC,运放，二极管，光耦等；磁性器件：电感，变压器，磁珠等；电容：Y电容，X电容，瓷片电容，电解电容，贴片电容等；每种器件都有其规格，极限参数。常规的参数在我们选型很容易把握，例如选取MOS管，耐压参数肯定会考虑，额定电流也会考虑，导通电阻我们会考虑，但还有一些寄生参数以及一些随温度变化特性的参数却很少去注意，或者只有在发现问题的时候才会去找。导通电阻RdS（On）随温度升高其阻值是变大的，设计MoS管损耗时要考虑到其工作的环境温度。结电容影响到我们的开通损耗，也会影响到EMC。肖特基二极管耐压，额定电流一般很好注意，有些参数例如导通压降在温度升高时会减小，反向恢复时间短，不过漏电流大（尤其是考虑到高温时漏电流影响就更大了），寄生电感会引起关断尖峰很高。电容一个重要参数ESR,在计算纹波时通常会考虑，ESR一般与C的关联是很大的，不过不同厂家的品质因素影响也是很巨大，一定要具体分清楚。一般估算公司可参考：ESR=Io/（C的0.73次方），电容在高温时寿命会缩短，低温时容量会减小，漏电流也会增加等等。
