中心議題：
- 開關(guān)電源設(shè)計要點解析
解決方案：
- 降低開關(guān)變壓器的損耗
開關(guān)電源某些參數(shù)做得不好會造成EMC難過關(guān),、待機功耗大、效率不高,。如何減小開關(guān)電源的待機功耗,、提高開關(guān)電源的效率是全球電源行業(yè)共同關(guān)注的問題。本文配圖講述綠色開關(guān)電源設(shè)計要點,。
隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,，器件的性能提高，特別是節(jié)能型電源芯片如雨后春筍般涌現(xiàn),，加上電路設(shè)計的成熟,，要設(shè)計效率高、待機功耗小的節(jié)能型開關(guān)電源已是不太難的事情,，設(shè)計節(jié)能型開關(guān)電源正是適應(yīng)了節(jié)能減排的需求,。近幾年來，美國“能源之星”的實施對設(shè)計和制造高性能的節(jié)能型開關(guān)電源起到了推波助瀾的作用,。
符合“能源之星”的開關(guān)電源又叫“綠色開關(guān)電源”,，針對開關(guān)電源的“能源之星”已經(jīng)有了多個版本，隨著版本的升級,，開關(guān)電源的效率越來越高,，待機功耗越來越小，但設(shè)計難度也會越來越大,。開關(guān)電源的效率一般在滿載輸出功率時測試,，但CEC（美國加州）及“能源之星”規(guī)范中對設(shè)計的平均效率是在負載的四個測試點進行實際測量，這四個點是：25%,，50%,，75%及1 0 0%，設(shè)計是有一定難度的。
本人現(xiàn)在以圖一的電路圖為例,，以美國加州能源之星法案（Ⅳ等級）Table U-2（2008年1月執(zhí)行）為設(shè)計依據(jù)來闡述設(shè)計綠色開關(guān)電源的要點,。美國加州能源之星法案（Ⅳ等級）Table U-2的要求如下：
注意1：表中Pn是外置型開關(guān)電源的標準輸出功率，Ln是自然對數(shù),。
注意2：美國加州“能源之星”是強制執(zhí)行的,，是美國加州地方法規(guī)。進入美國加州的商品開關(guān)電源必須遵守這一法規(guī),。我國不少廠商是按照美國加州“能源之星”法案來設(shè)計和生產(chǎn)綠色開關(guān)電源的,。
圖一所示是輸出為12V3A的并聯(lián)型反激式開關(guān)電源，作為14英寸至17英寸的液晶顯示器的電源適配器之用,。
綠色開關(guān)電源的設(shè)計要點
綠色開關(guān)電源的主要內(nèi)容是效率高,，待機功耗小。36W的效率要求大于83%,，待機功耗要小于0.5W。現(xiàn)在的電源芯片供應(yīng)商提供的一般都是綠色電源芯片,，待機功耗一般都會很小,。但是，效率高除了與芯片有關(guān)外,，還與其它器件有流＋反向漏電流 Idss×反壓,，用6N60加散熱器可滿足要求。
二次整流管工作在高頻脈沖狀態(tài)下,，在12V3A輸出時,，要求工作耐壓大于輸出電壓的4 倍，工作電流大于輸出電流的3倍,，用耐壓60V,，工作電流為16A的SB1660肖特基二極管可滿足要求，但一定要加散熱器,。
電源芯片的功耗越小越好,，因為它除了影響整機效率和待機功耗外，還涉及整機的工作穩(wěn)定性,，其功耗越大,，溫升越高，工作越不穩(wěn)定,。如昂寶公司的綠色開關(guān)電源芯片 0B2269AP,，其正常工作功耗小于30mW，工作穩(wěn)定,。
開關(guān)變壓器的損耗是整機損耗的大頭,，它包括銅損和磁損。簡單復(fù)制人家的優(yōu)質(zhì)開關(guān)變壓器很難做成損耗小的開關(guān)變壓器的，因為開關(guān)變壓器的損耗是一個復(fù)雜的關(guān)系,，與磁芯的品質(zhì),、設(shè)計、繞制工藝等有關(guān),。拿設(shè)計反激式開關(guān)變壓器而言,，它與工作頻率、導(dǎo)通時間,、繞制方法,、磁隙（磨磁芯）等有關(guān)。開關(guān)變壓器的設(shè)計是設(shè)計開關(guān)電源的核心,，要有高深的理論知識和多年的經(jīng)驗沉淀,，優(yōu)秀的開關(guān)電源設(shè)計工程師在選擇高品質(zhì)的磁芯、結(jié)合先進的繞制工藝,，能設(shè)計出效率高于97%的開關(guān)變壓器,。圖一中的開關(guān)變壓器的磁芯選用浙江天通的EE-30L，開關(guān)工作頻率為65KHz,，導(dǎo)通時間是0.42T（T是周期）,，初級78圈，次級8圈,，芯片供電繞組9圈,，初級電感量 1.2mH，漏感小于35uH,，變壓器的效率可達96%,，工作時溫升低于60℃。阻尼吸收網(wǎng)絡(luò)由R2,、C3,、D1組成，D1用UF4007,，C3用 1000V4700PF的高壓瓷片電容器,，R2為120K2W的電阻，R2與C3配合得好,，脈沖吸收效果明顯,，R2與C3失配太多，不但損耗加大,，還會輻射電磁波而使EMC過不了關(guān),。經(jīng)測試，該網(wǎng)絡(luò)的損耗小于0.4W,。要注意,，該網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計是與電源芯片、工作頻率、變壓器的設(shè)計有關(guān)的,，不能應(yīng)用于所有開關(guān)電源的電路,。
由于二次整流管在工作時會產(chǎn)生尖脈沖，在輸出中會疊加雜波,，并且還會輻射電磁波而使EMC難過關(guān),，故要在二極管兩端并聯(lián)尖脈沖吸收網(wǎng)絡(luò)R8與C8，圖一中C8為22000PF100V的瓷片電容,、R8為56歐姆0.5W的碳膜電阻,，此吸收網(wǎng)絡(luò)也是有一定功耗的，C8越大R8 越小,，損耗越大,。
圖一尖脈沖吸收網(wǎng)絡(luò)的功率損耗小于0.25W。同樣要注意,，吸收網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計也與電源芯片,、開關(guān)頻率、肖特基二極管的特性,、變壓器的設(shè)計有關(guān)的,。
阻波電感L2能使輸出紋波減小，一般是用漆包線在6毫米粗的磁棒上繞8到16圈,。要注意，由于要通過大電流,，故漆包線要粗,，圈數(shù)不要太多，以免產(chǎn)生過大的壓降而增大損耗,。圖一中的 L2的電感量為12uH,，用粗0.8毫米的漆包線繞制，至于繞多少圈,，要視磁棒的磁材料參數(shù)而定,。
L2的設(shè)計與電源的工作頻率、輸出電流有關(guān),。特別提醒大家注意的是,，DC輸出線（圖中未畫）一定要達到或超過3A，否則,，由于通過的電流大,，可能在DC輸出線上產(chǎn)生的功率損耗是最大的冤大頭。
DC輸出線在電源適配器中的價格比重較大,，不少生產(chǎn)商會降低其載流量而減少成本,，結(jié)果會使效率得不到保證。
本人按照圖一電路參數(shù)設(shè)計的反激式開關(guān)電源，在國內(nèi)標準輸入電壓（220V50Hz正弦交流電）下,，在輸出功率的25％測試時,，輸出紋波為45mVpp，效率是83.4%,；在輸出功率的50%測試時,，輸出紋波為48mVpp，效率是83.8%,；在輸出功率的7 5%測試時,，輸出紋波為53mVpp，效率是84.5%,；在滿載輸出功率測試時,，輸出紋波為58mVpp，效率是84.8%,。待機功耗小于0.4W,。符合 CEC（美國加州）“能源之星”法案Table U-2（2008年1月執(zhí)行）綠色開關(guān)的要求。
開關(guān)電源設(shè)計工程師要有深厚的理論功底和豐富的設(shè)計經(jīng)驗以及注意設(shè)計細節(jié)等才能達到美國加州能源之星法案Ⅳ等級的設(shè)計要求,。然而,，符合“能源之星”的綠色開關(guān)電源不一定是優(yōu)質(zhì)電源，還要求其它參數(shù)符合,，綠色開關(guān)電源只是在原來的開關(guān)電源參數(shù)上提高了有關(guān)能效的參數(shù)標準而已,。
隨著人們低碳生活的需求，開關(guān)電源的能效要求會越來越高,，開關(guān)電源的設(shè)計難度也會越來越大,，這就要求開關(guān)電源設(shè)計工程師不斷更新知識，熟悉新材料,，學(xué)習(xí)新技術(shù),，掌握新工藝，對技術(shù)精益求精,，這樣才能設(shè)計出高品質(zhì)的綠色開關(guān)電源,。