論證功率開關(guān)對電源效率的關(guān)聯(lián)

設(shè)計(jì)示例和實(shí)驗(yàn)結(jié)果

在本節(jié)中討論一個(gè)設(shè)計(jì)示例，目標(biāo)系統(tǒng)是輸出電壓為 12V 和輸出負(fù)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(biāo)規(guī)范如下：

標(biāo)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(guān)頻率：100 kHz

圖3 360 W PC電源的設(shè)計(jì)示例 (12 V, 30 A)

圖 3 所示為參考設(shè)計(jì)的完整原理圖，變壓器的電氣特性如表 1 所示。

表 I 所設(shè)計(jì)變壓器的電氣特性

圖 4 和圖 5 所示為轉(zhuǎn)換器在標(biāo)稱輸入和全負(fù)載情況下的實(shí)驗(yàn)波形。S1 的柵極信號(hào)，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(yùn)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(lì)磁電流小于中心抽頭式配置(注 1)。

圖4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果 I

圖5 實(shí)驗(yàn)結(jié)果II

圖 6 所示為不同負(fù)載情況下的 ZVS 運(yùn)作，顯示了低側(cè)開關(guān)的漏極電壓和柵極信號(hào)，轉(zhuǎn)換器在負(fù)載低至 30% 的情況下仍表現(xiàn)為 ZVS 運(yùn)作。

圖6 ZVS 運(yùn)作驗(yàn)證;(a) 30% 負(fù)載;(b) 20% 負(fù)載狀況

圖7 測得的效率圖

轉(zhuǎn)換器的效率如圖 7 所示，在額定負(fù)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(shè)計(jì)優(yōu)良的 PFC 和 DC-DC 級能夠達(dá)到85 PLUS 規(guī)范要求。