电流断续状态将公式.PPT

反激式开关电源参数优化分析与实践 陈永真 辽宁工业大学 0416chenyongzhen@163.com4.1 问题的提出 反激式开关电源是一种电路最简单、最容易实现的开关电源电路拓扑，然而，反激式开关电源的参数选择不合理就会导致反激式开关电源的损耗增加、效率降低。然而在设计制作时，时常会出现参数设置不合理的现象，因此需要清楚参数设置与反激式开关电源效率的关系。最终确定反激式开关电源的参数优化。 4.2 不同的占空比对开关管导通损耗的影响 在相同电源电压、相同输出功率条件下，开关管峰值电流与占空比的关系如下式： （4.1） 很显然，开关管的占空比的减小会导致开关管的峰值电流的增加。如图4.1。 图4.1 相同的平均值电流条件下开关峰值电流与占空比的关系 MODFET漏—源极波形 分析 开关周期：5.8μs；导通时间0.3 μs；输出二极管导通时间小于0.6 μs；整个变压器储能与释放储能的时间不到1 μs；总占空比小于0.2。其余5.9 μs处于休闲状态； 电源电压18V；复位电压约10V 图中的横坐标为占空比，纵坐标为开关管或变压器一次侧峰值电流（一占空比为1时的开关管峰值电流为单位） 同样，开关管流过的电流有效值与占空比的关系如公式（4.2）或（4.3）： （4.2） （4.3） 式（4.2）表达的是，开关管流过的有效值电流随占空比的减小而增加，这样在相同的开关管导通电阻的条件下，开关管的导通电阻与占空比的关系如下式： 通过式（4.4）可以看到，在相同的导通电阻条件下，开关管的导通损耗与占空比成反比关系，也就是说在相同的电源电压、相同的输出功率条件下占空比越低，开关损耗越大。 在相同的开关管导通电阻和相同的平均值电流的条件下，不同占空比条件下的有效值与平均值的比值以及与损耗（有效值2）的相对关系如表4.1。 表4.1 不同占空比条件下的有效值与平均值的比值以及与损耗的相对关系 通过表4.1，可以更清楚地看懂随着占空比的减小不仅有效值增加，而且损耗增加的速度更快； 由图4.1和表4.1看到占空比小于0.3以后，不仅有效值增加的速度加快，损耗的速度也更进一步的加快。当占空比为0.2时，损耗为平均值的6.67倍！为占空比为4.0时的2倍；如果占空比降低到0.1则损耗为平均值的13.3倍！为占空比0.4时的4倍！ 为了获得相同的平均电流值，占空比越小，付出的损耗值越高。 4.3 不同的占空比对开关管参数选择的影响 在相同的输入电压的条件下反激式开关电源的反冲电压与直流母线电压的关系如公式（4.5）： （4.5） 可以看到，随着占空比的提高，反冲电压也随之上升，反冲电压的上升会导致开关管的额定电压增加，开关管的额定电压选择由公式（4.6）决定： （4.6） 式中的ΔV为变压器漏感在开关管关断过程产生的尖峰电压，对于220Vac输入电压等级对应的尖峰电压一般取100V。 如果电源电压最高值为370V，最低电压为200V，开关管的最大导通占空比为0.2、0.3、0.4、0.5、0.6对应的反冲电压分别为：50V、87、133V、200V、300V，在直流母线电压为370V条件下对应的开关管峰值电压分别为：520V、557、603V、670、770，所选择开关管的峰值电压分别为：600V、600V、650V、700V或800V、700V或800V、800V。 表4.2 电流临界状态下开关管的导通占空比对反冲电压、开关管峰值电压的影响 表4.3 不同额定电压的第三代MOSFET（IRF系列）的导通性能 很显然，随着MOSFET的额定电压的上升，导通电压会急剧增加。为了很好的反映不同额定电压下导通电阻的增加程度，可以将以上的MOSFET折算成相同的额定电流条件下的导通电阻。折算成3A状态下的导通电阻为： 表4.4 将表4.2 的各MOSFET折合成3A额定电流时的导通电阻 以上结果表明：如果选用常规MOSFET，很可能既是提高占空比也不会降低开关管的导通损耗。为了减小开关管的导通损耗由不明显的提高开关管的开关损耗，应选择Infineon的CoolMOS，CoolMOS的C3系列是比较成熟的型号： 表4.5 Infineon公司生产的CoolMOS的导通特性 可以看到，CoolMOS的额定定电压的提升并没有明显的提高导通电压。为了与IRF系列具有可比性，需要将CoolMOS折算成2A额定电流下的导通电阻： 表4.6 的MOSFET折合成2A额定电流时的导通特性 这个结果可以看到，尽管CoolMOS的额定电压提高，导通电阻并没有明显的提高。这时通过提高占空比可以有效地降低开关