浅谈绿色开关电源的设计要点

最新更新时间:2014-11-30来源: 互联网关键字:绿色  开关电源 手机看文章 扫描二维码
随时随地手机看文章

早期的由于技术不太成熟、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。电磁兼容性EMC(Electro Magnetic Compatibility),是指设备或系统在其电磁环境中符合要求运行并不对其环境中的任何设备产生无法忍受的电磁干扰的能力。因此,EMC包括两个方面的要求:一方面是指设备在正常运行过程中对所在环境产生的电磁干扰不能超过一定的限值;另一方面是指器具对所在环境中存在的电磁干扰具有一定程度的抗扰度,即电磁敏感性。各种运行的电力设备之间以电磁传导、电磁感应和电磁辐射三种方式彼此关联并相互影响,在一定的条件下会对运行的设备和人员造成干扰、影响和危害。20世纪80年代兴起的电磁兼容EMC学科以研究和解决这一问题为宗旨,主要是研究和解决干扰的产生、传播、接收、抑制机理及其相应的测量和计量技术,并在此基础上根据技术经济最合理的原则,对产生的干扰水平、抗干扰水平和抑制措施做出明确的规定,使处于同一电磁环境的设备都是兼容的,同时又不向该环境中的任何实体引入不能允许的电磁扰动。

 

随着现代科学技术的发展,器件的性能提高,特别是节能型电源芯片如雨后春笋般涌现,加上电路设计的成熟,要设计效率高、待机功耗小的节能型已是不太难的事情,设计节能型正是适应了节能减排的需求。

本人现在以图一的电路图为例,以美国加州能源之星法案(Ⅳ等级)Table U-2(2008年1月执行)为设计依据来阐述设计绿色开关电源的要点。美国加州能源之星法案(Ⅳ等级)Table U-2的要求如下:

注意1:表中Pn是外置型开关电源的标准输出功率,Ln是自然对数。

注意2:美国加州“能源之星”是强制执行的,是美国加州地方法规。进入美国加州的商品开关电源必须遵守这一法规。我国不少厂商是按照美国加州“能源之星”法案来设计和生产绿色开关电源的。

图一所示是输出为12V3A的并联型反激式开关电源,作为14英寸至17英寸的液晶显示器的电源适配器之用。

绿色开关电源的主要内容是效率高,待机功耗小。36W的效率要求大于83%,待机功耗要小于0.5W。现在的电源芯片供应商提供的一般都是绿色电源芯片,待机功耗一般都会很小。但是,效率高除了与芯片有关外,还与其它器件有流+反向漏电流Idss×反压,用6N60加散热器可满足要求。

二次整流管工作在高频脉冲状态下,在12V3A输出时,要求工作耐压大于输出电压的4倍,工作电流大于输出电流的3倍,用耐压60V,工作电流为16A的SB1660肖特基二极管可满足要求,但一定要加散热器。

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。

L2的设计与电源的工作频率、输出电流有关。特别提醒大家注意的是,DC输出线(图中未画)一定要达到或超过3A,否则,由于通过的电流大,可能在DC输出线上产生的功率损耗是最大的冤大头。

DC输出线在电源适配器中的价格比重较大,不少生产商会降低其载流量而减少成本,结果会使效率得不到保证。

本人按照图一电路参数设计的反激式开关电源,在国内标准输入电压(220V50Hz正弦交流电)下,在输出功率的25%测试时,输出纹波为45mVpp,效率是83.4%;在输出功率的50%测试时,输出纹波为48mVpp,效率是83.8%;在输出功率的7 5%测试时,输出纹波为53mVpp,效率是84.5%;在满载输出功率测试时,输出纹波为58mVpp,效率是84.8%。待机功耗小于0.4W。符合CEC(美国加州)“能源之星”法案Table U-2(2008年1月执行)绿色开关的要求。

开关电源设计工程师要有深厚的理论功底和丰富的设计经验以及注意设计细节等才能达到美国加州能源之星法案Ⅳ等级的设计要求。然而,符合“能源之星”的绿色开关电源不一定是优质电源,还要求其它参数符合,绿色开关电源只是在原来的开关电源参数上提高了有关能效的参数标准而已。

随着人们低碳生活的需求,所谓“低碳生活”(low-carbon life)就是把生活作息时间中所耗用的能量尽量减少,从而减低二氧化碳的排放量。低碳生活,对于普通人来说是一种生活态度,同时 低碳生活宣传海报

所谓“低碳生活”(low-carbon life)就是把生活作息时间中所耗用的能量尽量减少,从而减低二氧化碳的排放量。低碳生活,对于普通人来说是一种生活态度,同时也成为人们推进潮流的新方式。它给我们提出的是一个“愿不愿意和大家共同创造低碳生活”的问题。 但是我们应该积极提倡并去实践低碳生活,要注意节电、节气、熄灯一小时…从这些点滴做起。除了植树,还有人买运输里程很短的商品,有人坚持爬楼梯,形形色色,有的很有趣,有的不免有些麻烦。低碳生活可以理解为:减少二氧化碳的排放,就是低能量、低消耗、低开支的生活。但前提是在不降低生活质量的情况下,尽其所能的节能减排。“节能减排”,不仅是当今社会的流行语,更是关系到人类未来的战略选择。提高“节能减排”意识,对自己的生活方式或消费习惯进行简单易行的改变,一起减少全球温室气体(主要减少二氧化碳)排放,意义十分重大。“低碳生活”节能环保,有利于减缓全球气候变暖和环境恶化的速度。减少二氧化碳排放,选择“低碳生活”,是每位公民应尽的责任。

关键字:绿色  开关电源 编辑:探路者 引用地址:浅谈绿色开关电源的设计要点

上一篇:全面剖析开关电源技术四大趋势
下一篇:综述开关电源控制器集成电路

推荐阅读最新更新时间:2023-10-12 22:49

电源路径的有效管理提高开关充电器的利用效率
随着智能手机、平板电脑和摄像机等便携设备的不断普及,人们对电源的要求以及对边充电边使用这些设备的能力的要求与日俱增。更高的功率要求增加了对具有高功率密度和优异充电能力的电池的需求。目前,锂离子(Li-ion)电池和锂聚合物(Li-po)电池最适合当前市场对功率密度、充电能力和价格的要求。但是,有别于铅酸、镍氢等其他流行的电池技术,锂电池技术的性能也最不稳定:锂电池充放电若管理不善,将导致充电时间长、耗散功率高、效率低和电池寿命比平均寿命低等问题。图1显示了典型锂离子电池的充电曲线。 传统充电器相对简单,这些充电器在小功率应用中表现较好。然而,它们却不能有效地适应充电曲线的变化,比如,用户在不同电源之间切换或者在充电期间操作设备。另
[电源管理]
电源路径的有效管理提高开关充电器的利用效率
基于移相控制的大功率并联软开关电源的研究
1 引言 随着现代化社会的发展,大功率开关电源的应用越来越广泛。在单晶硅行业里,单台大功率开关电源作为一种新的单晶硅直流加热电源得到了成功应用,它与相控整流电源相比。在效率、体积、重量、输出纹波等方面均表现出明显优势。但单台大功率开关电源在设计和制造中存在较大困难,且成本不合算,可靠性和稳定性难以保障,不利于长远发展。 针对单台大功率开关电源的不足,采用移相全桥ZVS控制技术和主从控制方式,设计并研制了一台输出电压从O一60 V、电流从0~3.3 kA连续可调,额定功率为180 kW的大功率并联软开关电源。电源采用N+1并联备份。可获得冗余功率。使其在部分失效时仍可以提供100%负载功率,并可在不间断系统输电情况下,对失效
[电源管理]
基于移相控制的大功率并联软<font color='red'>开关电源</font>的研究
经验总结:关于开关电源测量测试的全方位解析
工程师都知道,电子器件的电源测量通常是指开关电源的测量,当然也包括线性电源。本文讲解PWM开关电源,而且仅仅是作为测试经验的总结,为大家简述一些容易引起系统失效的因素。因此,在阅读本文之前,需要对开关电源有一定的了解。 开关电源是一种高频电能转换装置,能将电压透过不同形式的架构转换为用户端所需求的电压或电流。开关电源的拓扑指开关电源电路的构成形式。一般是根据输出地线与输入地线有无电气隔离,分为隔离及非隔离变换器。 非隔离即输入端与输出端相通,没有隔离措施,常见的DC/DC变换器大多是这种类型。所谓隔离是指输入端与输出端在电路上不是直接联通的,使用隔离变压器通过电磁变换方式进行能量传递,输入端和输出端之间是完全电气隔离的。
[测试测量]
经验总结:关于<font color='red'>开关电源</font>测量测试的全方位解析
大功率可调开关电源关键设计
 摘 要:本文给出了一种新型大功率可调开关电源的设计方案。采用Buck 型开关电源拓扑,以带单路PWM 输出和电流电压反馈检测MC33060 为控制IC,配以双路输出IR2110 驱动芯片,设计了一种可调高电压大功率的开关电源,有效解决了普通开关电源在非隔离拓扑结构下输出电压和功率不能达到很高的限制,并带有过流保护等电路。文中以MC33060 的应用为基础介绍了可调开关电源设计的方法,然后详细讲解了本系统的组成以及各个部分的作用,文章最后总结了该系统的特点。   1.引言   开关电源作为线性稳压电源的一种替代物出现,其应用与实现日益成熟。而集成化技术使电子设备向小型化、智能化方向发展,新型电子设备要求开关电源有更小的体积和更低的
[电源管理]
大功率可调<font color='red'>开关电源</font>关键设计
针对共模雷电冲击试验的开关电源设计
摘要: 雷电冲击是造成过应力最普遍的原因。一些消费电子设备,例如机顶盒和DVD播放器,通常都会含有调谐接收器。当交流电源线或者天线受到雷击时,雷电冲击就会通过这些通路在设备内部产生过电压或者过电流现象。本文向开关电源(SMPS)电路的设计者提供一些建议,指导如何恰当地设计SMPS以避免由雷击造成的故障或者破坏。关键词: 雷电冲击;SMPS;变压器 引言 消费电子产品制造商在产品量产之前,通常都对产品进行雷击试验,以确保设备不会在工作时被雷击中断工作甚至损坏。本文向开关电源(SMPS)电路的设计者提供一些建议,指导如何恰当地设计SMPS以避免由雷击造成的故障或者破坏。 雷电冲击试验标准概述 欧洲标准IEC61000-4-5和日本标
[电源管理]
[组图]高频开关电源电路原理
一、主电路 从交流电网输入、直流输出的全过程,包括: 1、输入滤波器:其作用是将电网存在的杂波过滤,同时也阻碍本机产生的杂波反馈到公共电网。 2、整流与滤波:将电网交流电源直接整流为较平滑的直流电,以供下一级变换。 3、逆变:将整流后的直流电变为高频交流电,这是高频开关电源的核心部分,频率越高,体积、重量与输出功率之比越小。 4、输出整流与滤波:根据负载需要,提供稳定可靠的直流电源。 二、控制电路 一方面从输出端取样,经与设定标准进行比较,然后去控制逆变器,改变其频率或脉宽,达到输出稳定,另一方面,根据测试电路提供的数据,经保护电路鉴别,提供控制电路对整机进行各种保护措施。 三、检测电路 除了提供保护电路中正在运行中各种参数外,还
[电源管理]
[组图]高频<font color='red'>开关电源</font>电路原理
NI 全力支持“绿色世博”
世博会召开以来,“低碳”成为了时下的一个流行词汇。构建一个绿色、低碳的城市,成为“城市让生活更美好”这一世博主题的一大内容。绿色出行、绿色建筑、绿色产品……绿色大行其道,成为世博主色调。作为世博会商业银行全球合作伙伴的交通银行,通过使用美国国家仪器(National Instruments,简称NI)的产品对展厅能耗进行实时监控,成为了世博园区内真正的“绿色银行”。 为了传达“绿色银行”这一理念,IBM商业咨询公司在协助交行构建内部信息化展示系统时,邀请了NI系统联盟商上海聚星仪器有限公司设计并搭建网点能耗分项监测系统。设计这一系统,要求能够实时、准确地获取能耗数据,并“无缝”接入信息展示系统。通过仔细研究,工程
[测试测量]
广邀大中华区莘莘学子展现创新、绿色的嵌入式设计
  恩智浦半导体(NXP Semiconductors)宣布第三届恩智浦杯创新设计大赛在大中华区(中国大陆及台港澳)正式启动。已成功举办两届的恩智浦杯创新设计大赛将持续致力于促进本土人才的成长和全面发展,秉承“嵌入创意,把握绿色‘芯’未来”的比赛精神,鼓励广大电子工程专业的学生们发挥想象和创造力,展示嵌入式系统设计的专业技能。此外,本次大赛在内容与赛制上大幅革新:在内容上,作为行业绿色概念的先行者,恩智浦今年将“健康、环保和灵活(Health, Environment, Mobility)”的绿色概念引入设计大赛,与参赛选手共同推动电子行业的环保创新;在赛制上,本次比赛将率先采用视频与论坛演讲作为主要比赛形式,鼓励电子工程专业学子
[嵌入式]
小广播
最新电源管理文章
换一换 更多 相关热搜器件
电子工程世界版权所有 京B2-20211791 京ICP备10001474号-1 电信业务审批[2006]字第258号函 京公网安备 11010802033920号 Copyright © 2005-2024 EEWORLD.com.cn, Inc. All rights reserved