一款實用高性能開關電源的設計與實現(xiàn)

3 降耗及降電磁污染的設計要點

3.1降耗措施

(1)利用TDA4863芯片優(yōu)越性能。

TDA4863的性能特點是：當輸入電壓較高時，片內(nèi)APFC電路從電網(wǎng)中吸取較多的功率;反之，當輸入電壓較低時則吸收較少的功率，這就抑制產(chǎn)生的諧波電流，使功率因數(shù)接近于1;片內(nèi)還包含有源濾波電路，能濾除因輸出電壓脈動而產(chǎn)生的諧波電流;芯片的微電流工作條件也降低了元器件的損耗。

(2)電壓電流雙閉環(huán)反饋。

因整機系統(tǒng)形成雙閉環(huán)系統(tǒng)，故DC/DC變換器輸出穩(wěn)定電壓時既增大輸入電阻又減小輸出電阻，達到了閉環(huán)控制的目的。變換器在較大功率時呈現(xiàn)同步整流方式，較小功率時開關管、整流管均為零電壓開通。同步整流或零電壓開通都極大地降低了管耗。

(3)線路布局優(yōu)化。

系統(tǒng)硬件電路中全部電感線圈的初級、次級均采用多股絞線并繞方式，減小了銅損耗并可有效抑制共模干擾。

3.2 降低電磁污染措施

(1)交流側(cè)設置電磁干擾(EMI)濾波器。

設置EMI濾波器的目的是抑制電源線上傳導的高頻干擾，同時防止電源裝置產(chǎn)生的諧波污染電網(wǎng)。

(2)直流側(cè)安裝濾波電容器。

在電源整流橋的兩端并聯(lián)了四只濾波電容器，可以削弱整流部分對系統(tǒng)工作的影響。

(3)設置屏蔽層。

由于MOSFET管和整流器件與底板和散熱器之間通過絕緣片產(chǎn)生分布電容效應而將電磁干擾耦合到交流輸入端形成共模信號，因此采取在兩層絕緣片之間夾一層屏蔽片的方法，即把屏蔽片接至地端，切斷共模干擾向電網(wǎng)傳播的途徑。

(4)合理接地。

一方面為降低接地阻抗、消除分布電容的影響，安裝時將需要接地部分就近接到該端;另一方面分別將低頻電路、高頻電路和功率電路的公共端單獨連接后，再接到參考地端。

(5)優(yōu)化元器件布局，減小連線距離。

在一次整流回路中將二極管與變壓器接近，而在二次整流回路中二極管與變壓器和輸出電容都設置得比較靠近;此外還使正、負載流導線平行走線，目的在于抵消各自形成的外部磁場。

4 樣機制作及測試結(jié)果分析

4.1樣機制作

根據(jù)本文設計電路進行了實物制作，采用Protel設計制作實驗印制電路板(PCB)，并進行元器件安裝、焊接，PCB板的正面視圖如圖4所示。

4.2整流橋和開關管測試波形

樣機實驗中采用美國泰克(Tektronix)示波器TDS5034B對電路進行測試。測試時后級DC/DC變換器負載為：12V/1.53A;24V/1.70A。圖5是測試波形，其中udr和ud分別為開關管VT1驅(qū)動電壓及其漏極電壓，u5為TDA4863的5腳電壓，即電感零電流檢測電壓，ui為整流橋正弦半波輸出電壓?？梢妘d幅值因為鉗位而基本不變，呈高頻矩形波;u5的包絡線顯現(xiàn)出電感平均電流波形接近于正弦波形。當ui為谷點時，振蕩頻率f0明顯降低，因此電流基準信號也處于低谷。且輸出功率一定時，很小的峰值電流無法使u5升高;在ui峰值附近f0也較低，因為電流基準信號亦處峰值附近，電感電流峰值和輸出功率都較大，但因輸出平均功率一定，故f0降低。