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【龙腾原创】从反激的器件损耗找提高效率的方法

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zhijie240
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  • 2014-3-11 22:40:30
在能源短缺的现代,高效率是做电源的一致追求!要提高效率,就是要降低损耗。本帖就从反激的器件损耗开始,通过损耗找到提升效率的方法。


反激的主要损耗来自于:
1. 整流桥
2. 变压器
3. MOSFET
4. 输出整流二极管
5. 吸收电路(RCD)
6. 电流采样电阻
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zhijie240
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  • 2014-3-11 22:48:30
 
1. 整流桥损耗:PD=Vin_avg*2*VF 其中,Vin_avg是输入平均电流,VF是整流桥的二极管正向压降


提高效率的方法:对于给定的输出功率,Vin_avg基本上是定了,所以只能想办法降低VF了==>选择正向压降低的整流桥
zhijie240
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  • 2014-3-11 22:52:00
 
2. 变压器损耗


PDfe-->铁损,也叫磁芯损耗;PDcu-->铜损,即绕组铜线的损耗

Pcv-->单位体积的磁芯损耗;Ve-->磁芯体积

Ip_rms, Is_rms分别指原副边的RMS电流;Rp, Rs分别指原副边的绕组电阻


提高效率的方法:
1. 降低铁损:在选定磁芯尺寸的情况下,减小Pcv(Pcv与磁芯材质、工作频率、B值有关),下图为PC40和PC44的磁芯损耗曲线





同样条件下,PC44的磁芯损耗比PC40损耗要小;相同的磁芯,频率越低损耗越小,B值越小损耗越小
因此,我们可以选择更好的磁芯或者减小B值(但减小B值会增加圈数,铜损会增加,同时也可能导致绕组无法绕下)



2. 降低铜损:减小绕组阻值==>在绕组足够用的条件下用更粗的线
zhijie240
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高级工程师
  • 2014-3-11 22:52:09
 
3. MOSFET损耗:


PD[sub]sw[/sub]--> 开关损耗,包括开通损耗和关断损耗;PD[sub]cond[/sub]-->通态损耗
I[sub]rms[/sub]-->流过MOSFET电流RMS值;R[sub]ds_on[/sub]-->MOSFET DS间导通电阻
V[sub]ds1[/sub],V[sub]ds2[/sub]分别为开通和关断时MOSFET的DS电压;I[sub]pk[/sub]为流过MOSFET的峰值电流;t[sub]r[/sub],t[sub]f[/sub]分别为MOSFET开通上升时间、关断下降时间


提高效率的方法:
1. 减小开关损耗:
1.1 软开关(比如QR),降低开关损耗
1.2 优化MOSFET上升下降沿时间,降低开关损耗
2. 减小通态损耗:降低MOSFET R[sub]ds_on[/sub],用低R[sub]ds_on[/sub]的MOS管
zhijie240
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高级工程师
  • 2014-3-11 22:52:22
 
4. 输出整流二极管损耗:PD=VF*Iout VF-->二极管正向压降;Iout-->输出电流


提高效率的方法:降低VF,用低压降的二极管,比如肖特基二极管
zhijie240
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高级工程师
  • 2014-3-11 22:52:37
 
5. 吸收电路(RCD)损耗:


Vclamp=(2~2.5)*VR

Ipk-->原边峰值电流;Llk-->漏感感量;VR-->反射电压;Vclamp为下图Vsn





提高效率的方法:
1. 减小漏感
2. 在MOSFET VDS有足够余量的情况下,可取适当大的Vclamp
zhijie240
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高级工程师
  • 2014-3-11 22:52:50
 
6. 电流采样电阻损耗:


Rcs-->电流采样电阻;Irms, Ipk分别为原边的RMS、峰值电流;Vcs_th为IC的电流采样的参考电压。


提高效率的方法:选择Vcs_th低的IC(这一点好像很多IC都是在1V左右)
admin
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管理员
  • 2014-3-12 08:32:36
 
内容不多最好放一楼层
zhijie240
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  • 2014-3-12 20:59:11
 
一条一条来清晰,内容也不算少
huhushuai
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  • 2014-3-26 09:02:54
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写的很详细,很好。
何仙公
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  • 2014-3-12 23:29:57
 
二极管损耗还有,楼主再找找
zhijie240
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  • 2014-3-13 00:02:22
 
你是指的反向恢复的那一部分损耗吗?我这里是按DCM来的~~~
zhijie240
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  • 2014-3-13 22:54:16
 
CCM时,输出整流二极管的损耗:PD=VF0*Iout+Irms2*rF
其中,Irms为流过二极管电流的RMS值,VF0, rF定义如下图:(在IXYS的二极管datasheet有看到,其他家的二极管好像都没有这两个参数)


大部分二极管给定的VF曲线如下图:





我们也可以这样近似:V[sub]F0=0.5V[/sub]-->流过二极管电流为0时的压降,rF=(3-0.5)V/30A=0.083Ω-->近似的斜率
何仙公
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  • 2014-3-14 08:54:12
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二极管在什么时候最热?是在输入最低电压时最热,还是输入最高时候最热?
与实际结合起来时候,会发现上面的二极管公式是无力的!
zhijie240
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高级工程师
  • 2014-3-14 21:24:22
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计算只是用来做参考、预估的,要是能够算得跟实际一样,我们都要失业了~~~
qq80644864
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  • 2014-6-25 21:20:48
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何兄说的应该是内阻的损耗
mingchristian
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  • 2015-11-13 14:53:00
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变压器关于铜耗和铁耗,能不能详细说一下,这个点希望得到指点
Coming.Lu
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  • 2014-3-12 07:54:58
 
就目前来说,整流桥的损耗也就那样了。
降不了多少。
zhijie240
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  • 2014-3-12 21:23:53
 
要降是要烧钱的
ipod5566
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  • 2014-3-12 08:53:30
 
Linear推出了一款芯片,驱动四个NMOS,替换掉传统的整流桥,显著降低了整流桥的损耗。
一花一天堂
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  • 2014-3-12 09:58:25
 
zhijie240
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  • 2014-3-12 21:24:33
 
这个要比整流桥贵多少倍
qq80644864
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  • 2014-3-12 21:32:43
 
用钱堆出来的东西
何仙公
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  • 2014-3-12 23:33:53
 
再加一条,<大电解损耗>
zhijie240
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  • 2014-3-13 00:03:03
 
这个没算过,请指点~~
qq80644864
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  • 2014-3-14 21:24:34
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求解
hlp330
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这个貌似是低压的,高压的不知道有没有?
mingchristian
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  • 2015-11-13 14:51:51
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桥堆损耗,是不是用PIN/VINAC   得输入电流乘以VF  这么算?90vac时损耗明显比264VAC时要大,这样是不是就能解释了?请指教
鸟鸟
  • 鸟鸟
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wszdxp2004
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