基于Topswitch的單片開關電源效率技術方案

(4)交流輸入端電磁干擾濾波器(EMI)

圖1中的和C6用于構成交流輸入端的電磁干擾濾波器(EMI)。C6能濾除輸入端脈動電壓所產生的串模干擾，L2則可抑制初級線圈中的共模干擾。

(5)限流保護電路

為限制通電瞬間的尖峰電流，可在輸入端接入具有負溫度系數的熱敏電阻(NTC)。選擇該電阻時應使之工作在熱狀態(即低阻態)，以減小電源電路中的熱損耗

(6)輸出整流管(VD2)

正確選擇輸出整流管VD2可以降低電路損耗，提高電源效率。其方法一是選用肖特基整流管，原因是其正向傳輸損耗低，且不存在快恢復整流管的反向恢復損耗；二是將開關電源設計成連續工作模式，以減小次級的有效值電流和峰值電流。輸出整流管的標稱電流應為輸出直流電流額定值的3倍以上。

(7)輸出濾波電容(C2)

電源工作時，輸出濾波電容(C2)上的脈動電流通常很大。一般在固定負載情況下，通過C2的交流標稱值IC2曉必須滿足下列條件：

IC2=(1.5～2) IR1

式中，IR1是輸出濾波電容C2上的脈動電流。

設輸出端負載為純電阻性R1，那么，R1C2愈大，則C2放電愈慢，輸出波形愈平坦。也就是說，在R1一定的情況下，C2愈大，輸出直流電壓愈平滑。

3.2 確保高頻變壓器的質量

設計時應確保高頻變壓器有合理的結構，同時應保證其具有較低的直流損耗和交流損耗且漏感小，線圈本身的分布電容及各線圈之間的耦合電容也要足夠小。為達到上述目標，最主要的是要正確確定磁芯的形狀、尺寸、磁芯材料以及線圈的繞制方法等。

(1)降低高頻變壓器的直流損耗

交流損耗是由高頻電流的趨膚效應以及磁芯損耗引起的。趨膚效應會使導線的有效流通面積減小，并使導線的交流等效阻抗遠高于銅電阻。由于高頻電流對導線的穿透能力與開關頻率的平方根成反比。為了減小交流銅損耗，其導線半徑不得超過高頻電流可達深度的兩倍。事實上，在根據開關頻率確定導線直徑φ后，實際制作時應用比φ更細的導線多股并繞而不是用一根粗導線繞制。

(2)減小漏感

因為漏感愈大，產生的尖峰電壓幅度愈高；而初級尖峰電壓幅度愈高，初級鉗位電路的損耗就愈大，從而將導致電源效率降低。所以，在設計高頻變壓器時，必須把漏感減至最小。對于低損耗的高頻變壓器，其漏感量應是開路時初級電感量的減小漏感的措施有減小初級線圈的匝數、增大線圈的寬度、增加線圈尺寸的高度與寬度之比、減小線圈之間的絕緣層以及增加線圈之間的耦合程度等。

(3)減小線圈的分布電容

在開關電源的每個通、斷轉換期間，線圈分布電容將反復充、放電，這樣，其上的能量被吸收將使電源效率降低。此外，分布電容與線圈的分布電感也會構成LC振蕩回路，并產生振蕩噪聲。對于初級線圈的分布影響，可以采取如下措施來減小線圈的分布電容：一是盡量減小每匝導線的長度；二是將初級線圈的始端接漏極；三是在初級線圈之間加絕緣層。

4 結束語

本文通過分析單片開關電源的工作原理和影響其效率的主要因素，提出了提高單片開關電源效率的主要方法，指出了正確確定初、次級電路元件，正確設計高頻變壓器并使其具有高質量指標是其關鍵因素。本文的分析及結論可用于指導高效單片開關源的設計。