《开关电源电路设计与应用》课件.pptVIP

*************************************第八章：效率优化技术效率优化是现代开关电源设计的核心目标之一，不仅关系到能源利用率，还直接影响系统的散热需求和可靠性。随着各国对电源效率的法规要求不断提高（如美国能源之星、欧盟ErP指令），高效率设计已成为开关电源开发的必要条件。主要的效率优化技术包括：同步整流（用MOSFET代替二极管减小导通损耗）、谐振软开关（减小开关损耗）、多相并联（分散热量并优化效率曲线）等。此外，选用低损耗磁性材料、优化磁性元件设计、采用低Rds(on)的MOSFET、优化PCB布局减小寄生效应等措施也能有效提高效率。最先进的开关电源已能实现超过95%的转换效率，在轻载和重载条件下都保持较高效率。同步整流技术工作原理替代二极管以降低导通损耗1驱动电路设计防止直通现象并确保低损耗开关2效率提升分析大电流低电压应用中效率提升显著3同步整流技术是在开关电源的输出整流环节，用MOSFET替代传统二极管，利用MOSFET的低导通电阻特性减小导通损耗。在传统整流中，二极管导通压降通常为0.4-1.0V，导致显著功率损耗；而采用同步整流后，MOSFET的导通损耗为I2·Rds(on)，在大电流低电压应用中可大幅提高效率。同步整流MOSFET的驱动是关键技术挑战，需要精确控制导通和关断时序，防止上下管同时导通造成直通短路。驱动方式包括自驱动（利用功率变换产生的电压驱动）和控制驱动（由PWM控制器产生驱动信号）。现代同步整流控制器集成了死区时间控制、自适应驱动和保护功能，大大简化了设计。同步整流在12V输出及以下的应用中效果最为显著，能将效率提升2-5个百分点。谐振软开关技术ZVS和ZCS原理利用谐振实现零电压或零电流开关1LLC谐振拓扑结合变压器漏感的高效谐振结构2效率与EMI改善降低开关损耗同时减轻电磁干扰3谐振软开关技术通过在电路中引入谐振元件（电感和电容），使开关器件在零电压（ZVS）或零电流（ZCS）条件下开通或关断，从而大幅减小开关损耗。传统硬开关方式下，开关瞬间同时承受高电压和高电流，产生显著开关损耗；而软开关技术通过谐振使电压或电流在开关瞬间降为零，几乎消除了开关损耗。LLC谐振拓扑是目前最流行的软开关拓扑之一，由谐振电感、谐振电容和变压器漏感组成谐振网络。LLC拓扑的优势在于：实现所有功率开关的ZVS，有效减小开关损耗；宽输入电压范围内保持高效率；开关电压应力得到限制；EMI性能出色。LLC拓扑广泛应用于服务器电源、电视电源等领域，能够实现95%以上的高效率，同时显著降低EMI噪声，减小滤波组件的尺寸和成本。多相并联技术工作原理多相并联技术是将单个大功率转换器分解为多个较小功率的相位（相），各相交错工作，共同提供所需输出功率。每个相位独立运行，但共享同一控制系统和输入/输出连接。多相技术的核心优势在于：分散热量，减轻单个器件的热应力；提高系统响应速度；减小输入/输出纹波；优化轻载效率。相位移动控制相位移动控制是多相并联系统的关键技术，通过对各相PWM信号实施等间隔相移（如双相系统相移180°，四相系统相移90°），使各相电流波形交错，从而减小输入/输出电流纹波，降低滤波需求。相位移动控制还能在实际应用中支持相数动态调整，根据负载条件启用或关闭部分相位，维持较高的系统效率。均流设计均流是多相系统设计的关键挑战，需确保各相负担均衡的电流，避免某相过载。常用的均流方法包括：电阻均流（在电流路径中加入小电阻进行采样）、电感DCR采样（利用电感直流电阻作为采样电阻）、高边电流检测（在高压侧检测电流）等。现代多相控制器通常集成均流控制功能，通过调整各相PWM占空比实现精确均流，确保系统稳定可靠运行。第九章：数字控制技术数字PWM原理数字PWM（DPWM）是使用数字电路生成PWM信号的技术，核心是数字计数器与数字比较器。与模拟PWM相比，DPWM具有更高的抗干扰能力、更好的重复性和可编程性，但需要克服分辨率限制问题。DPWM是数字控制开关电源的基础部分，直接影响输出电压的稳定性和精度。ADC采样技术模数转换（ADC）是数字控制系统的关键环节，负责将模拟反馈信号（如输出电压、电流）转换为数字信号。ADC的关键参数包括分辨率、采样率和精度，这些参数直接影响控制精度和响应速度。在开关电源应用中，ADC采样时序设计至关重要，需要避开开关噪声，确保采样值准确代表系统状态。数字补偿器设计数字补偿器替代了传统模拟控制中的误差放大器和补偿网络，基于采样数据计算控制输出。数字补偿器的优势在于可实现复杂控制算法，如PID控制、自适应控制、预测控制等，提供更优的