論證功率開關對電源效率的關聯(lián)

設計示例和實驗結果

在本節(jié)中討論一個設計示例，目標系統(tǒng)是輸出電壓為 12V 和輸出負載電流為 30A 的 PC 電源，由于輸入通常來自功率因數(shù)校正 (PFC) 電路，輸入電壓的范圍并不寬泛，目標規(guī)范如下：

標稱輸入電壓：390 VDC

輸入電壓范圍：370 VDC ~ 410 VDC

輸出電壓：12 V

輸出電流：30 A

開關頻率：100 kHz

圖3 360 W PC電源的設計示例 (12 V, 30 A)

圖 3 所示為參考設計的完整原理圖，變壓器的電氣特性如表 1 所示。

表 I 所設計變壓器的電氣特性

圖 4 和圖 5 所示為轉換器在標稱輸入和全負載情況下的實驗波形。S1 的柵極信號，主變壓器的初級端和次級端的電壓和初級端電流如圖4所示。請留意這些波形與理論分析很好地吻合，包括ZVS 運作。輸出電感電流和 SR 的電流如圖 5 所示，由于占空比和寄生組件，輸出電感電流是不均衡的，這意味著平均勵磁電流小于中心抽頭式配置(注 1)。

圖4 實驗結果 I

圖5 實驗結果II

圖 6 所示為不同負載情況下的 ZVS 運作，顯示了低側開關的漏極電壓和柵極信號，轉換器在負載低至 30% 的情況下仍表現(xiàn)為 ZVS 運作。

圖6 ZVS 運作驗證;(a) 30% 負載;(b) 20% 負載狀況

圖7 測得的效率圖

轉換器的效率如圖 7 所示，在額定負載為 20%、50% 和 100% 的情況下測得的效率分別為93.7%、94.6% 和 93.1%，這顯示了邊際性能，因而使用設計優(yōu)良的 PFC 和 DC-DC 級能夠達到85 PLUS 規(guī)范要求。