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提高电源适配器效率的有效方法

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提高电源适配器效率的有效方法

一、输入滤波与整流电路

1、共模电感损耗相关因素

(1)线经大小   (2)磁环材料    (3)绕法

 计算公式:匝数=  √  L/ A

电感与额定电流的关系:

额定电流(A):  1   3   6   10   12   15

电感量(mH):    8-23    2-4    0.4-0.8      0.2-0.3      0.1-0.15        0.0-0.08

2、安规电容(X电容与Y电容)   总容量《0.47uF,否则漏电流会超0.5mA

Emc测试中如果通不过,可以在安规电容的引脚上加磁珠,或适当提高电容量。

X电容容量范围:0.01---0.47uF/250V---280VAC

Y电容范围:2200PF---0.1uF、250V-280VAc

3、整流桥:其电流=(3-5)倍电源适配器输出电流,或以采用并联整流桥的方式降低发热损耗。

 选择原则(1)正向导通压降小;(2)反向耐压2倍整流输出电压;(3)反向恢复快;

I=P0/VdcE,  (E:整流效率,Vdc:整流器输出电压,P0:输出功率)

4、输入滤波电容:

(1)耐压Uc>=1.5*1.414Ui;   

(2)频率特性好;

(3)低ESR内阻;

(4)容量:C=0.88-3.6uF/W

   能承受纹波电流大,体积小的电解电容。

(5)温度特性好:-40℃---105℃;

(6)漏电流;

(7)长寿命。

 

二、功率因素PFC电路:

(1)开关损耗:包括提升二极管与开关管的开关损耗;由二极管的反向恢复时间与电流,开关MOS管的存储电荷与分布参数决定;

(2)导通损耗:二极管的正向导电压与开关管的导通电阻决定;

(3)升压电感损耗:磁性损耗(铁损)和铜损组成。由于连续模式提升二极管的耐流2倍于断续模式,小功率电源常用断续模式或临界模式,以尽可能减小开关损耗。选择更高额定电流值的二极秋与MOS管以降低导通损耗。

(4)单级Pfc电感设计:

        L=(1.41Vs*Ton = 5*Vs*Vs*E*Ton/Po ;    其中Ton=0.673T ,T=1/f,   Vs为最低输入电压有效值,En:效率

        PFC电容Co=429*10-6*Iav,  Iav=2Po/E(Vo+300);   

(5)交错PFC电感设计:

       L1=L2=Vin*1.414*Dp/(I1-I2) *fs= 90*1.414*0.68/5.4fs,   其中fs为振荡频率, (I1-I2)为电流增量。

                            Dp=0.68,  Vin为最低输入电压。

 

  三、功率变换部分

  1、开关MOS管: 导通损耗与开关损耗;开关电路使用软开关工作方式;

(1)选用CoolMOS管;

(2)驱动功率要满足;

(3)驱动波形上升沿要求陡;

(4)驱动串联电阻合适,不能太大;

(5)驱动正偏压合适;

(6)死区时间控制合理。

(7)MOS管存储电荷要小;寄生二极管反向恢复时间要短;

(8)耐压1.5倍VDC;

(9)耐压4倍工作电流。

 

 

 2、高频变压器设计 :

     磁性元件要考虑:涡流、集肤效应、邻近效应等产生的附加损耗,它是电压、电流、频率、能量、匝数、漏磁、磁芯气隙、温度、加工工艺、材料等的复合函数。高频电流通过导线时,按右手定则,将在导线上产生逆时针方向的磁力线,磁力线也将引起涡流,这样加大了导线表面电流,抵消了中心电流,这种电流在导线表面流动,中心无电流流动的现象称为趋肤效应。

我们选择磁芯要考虑以下因素:

(1)高磁导率;

(2)矫顽力要小,磁滞损耗要小;

(3)电阻率要高,漫游损耗小;

(4)饱和磁感应强度 要高;常用的软磁材料有:铁氧体、磁粉芯、非晶态合金。

(5)变压器的铁损与铜损要平衡对待;

(6)尽量选大尺寸的磁芯;

(7)减小漏感,减少各绕组间的绝缘层,增加绕组的高度比,增加绕组的宽度;采用瘦长磁芯,不用胖磁芯;

(8)用三层绝缘线绕制,采用三明治绕法,不用加胶带,体积会小,漏感自然会小,对多路输出电源,一定要使输出功率最大的一绕组靠近初级绕组;

(9)磁芯选择:POT罐形磁芯,导磁好,传递能量佳,可大量减小EMI,缺点是散热不好,温升高,适合小功率;Rm磁芯耦合能力,散热效果好,适合100w以上的大功率电源,缺点是空间大;EE磁芯面积大,输出功率也大,但漏感大,体积大。

(10)以下问题应避免:单极性变换器中,变压器储能恢复不完全,去磁不彻底,变压器正负伏秒积不相等,使变压器出现饱和,我们要避免变压器电感出现饱和的情况 ;双极性变换器中,由于驱动不对称,开关参数不对称等原因,等效变压器的直流偏磁出现饱和,磁感应密度Bw取得过高,变压器漏感太大;吸收回路参数选择不当;

 

四、提高效率的特殊方法:

1、单管变换器采用准谐振控制方式;ncp1207

2、有源箍位;

3、隔离变换器的100%的占空比控制方式;IR20865

4、谐振开关:IRIS4000

5、输出同步整流;

6、输出无桥PFC;

7、占空比选择:反激0.5, 正激0.45,其他0.5

8、PCB布局与走线:

(1)输入与输出线一定要放在电路的对面两头,互为180度方向放置,切不可90度放置,初次级间绝缘净空安全间距8mm,两地间可Y电容连接,以免发生共模干扰;

(2)走线平行线不能太长,不允许两条线互为90度穿过对方;所有需要接地的元器件接地焊盘不宜太多,地线不宜太长,应该粗而短,并将控制反馈回路包围起来,输出线加粗或镀上一层锡;

(3)控制信号线应远离高频线路,高压线与低压线要有一定间距。

(4)PCB的其它规则请参考有关书籍。


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| 发布时间:2018.11.01    来源:电源适配器厂家
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