浅谈“能源之星”绿色开关电源的设计要点

电源芯片的功耗越小越好,因为它除了影响整机效率和待机功耗外,还涉及整机的工作稳定性,其功耗越大,温升越高,工作越不稳定。如昂宝公司的绿色开关电源芯片0B2269AP,其正常工作功耗小于30mW,工作稳定。

早期的开关电源由于技术不太成熟、器件性能的局限性,一些参数做得不太好像EMC难过关、待机功耗较大、效率不太高等。然而,减小开关电源的待机功耗、提高开关电源的效率是大有潜力可挖的,是全球电源行业共同关注的问题。

符合“能源之星”的开关电源又叫“绿色开关电源”,针对开关电源的“能源之星”已经有了多个版本,随着版本的升级,开关电源的效率越来越高,待机功耗越来越小,但设计难度也会越来越大。开关电源的效率一般在满载输出功率时测试,但CEC(美国加州)及“能源之星”规范中对设计的平均效率是在负载的四个测试点进行实际测量。

开关变压器的损耗是整机损耗的大头,它包括铜损和磁损。简单复制人家的优质开关变压器很难做成损耗小的开关变压器的,因为开关变压器的损耗是一个复杂的关系,与磁芯的品质、设计、绕制工艺等有关。拿设计反激式开关变压器而言,它与工作频率、导通时间、绕制方法、磁隙(磨磁芯)等有关。开关变压器的设计是设计开关电源的核心,要有高深的理论知识和多年的经验沉淀,优秀的开关电源设计工程师在选择高品质的磁芯、结合先进的绕制工艺,能设计出效率高于97%的开关变压器。图一中的开关变压器的磁芯选用浙江天通的EE-30L,开关工作频率为65KHz,导通时间是0.42T(T是周期),初级78圈,次级8圈,芯片供电绕组9圈,初级电感量1.2mH,漏感小于35uH,变压器的效率可达96%,工作时温升低于60℃。阻尼吸收网络由R2、C3、D1组成,D1用UF4007,C3用1000V4700PF的高压瓷片电容器,R2为120K2W的电阻,R2与C3配合得好,脉冲吸收效果明显,R2与C3失配太多,不但损耗加大,还会辐射电磁波而使EMC过不了关。

由于二次整流管在工作时会产生尖脉冲,在输出中会叠加杂波,并且还会辐射电磁波而使EMC难过关,故要在二极管两端并联尖脉冲吸收网络R8与C8,图一中C8为22000PF100V的瓷片电容、R8为56欧姆0.5W的碳膜电阻,此吸收网络也是有一定功耗的,C8越大R8越小,损耗越大。

图一尖脉冲吸收网络的功率损耗小于0.25W。同样要注意,吸收网络的设计也与电源芯片、开关频率、肖特基二极管的特性、变压器的设计有关的。

阻波电感L2能使输出纹波减小,一般是用漆包线在6毫米粗的磁棒上绕8到16圈。要注意,由于要通过大电流,故漆包线要粗,圈数不要太多,以免产生过大的压降而增大损耗。图一中的L2的电感量为12uH,用粗0.8毫米的漆包线绕制,至于绕多少圈,要视磁棒的磁材料参数而定。


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