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【龙腾原创】电源效率提升方法

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luoyan1980
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副总工程师
  • 2014-6-26 10:56:00
在电源产品对效率要求越来越高,工程师们除了在线路选用上软开关技术,及输出同步整流来提高效率,但有时在同一线路,不同工程师设计出来的产品效率还是会有不一样,原因是还有一些提升效率的设计细节,可能有些工程师没太注意,我归纳如下几点:
1. 铜箔尽可能粗來降低DC阻值.
2. 利用JumperWire 來降低箔之DC阻值.
3. EMI,PFC Chock, Transformer 初次MultiChock 用更粗铜线來降低DC電阻.


4. 线部份必須以粗箔來降低DC,提升效率.
5.效率关键问题110V PFC之效率太低, 以至於在20% 负载时难理想的效率. 故此必須特別注意用低压时高效率之PFC IC.


wszdxp2004
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总工程师
  • 2014-6-28 09:09:45
 
未完待续哦
huhushuai
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高级工程师
  • 2014-9-3 09:52:42
 
占楼听讲
cxm3141
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LV6
高级工程师
  • 2014-6-28 12:32:56
 
,期待下一讲
luoyan1980
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LV8
副总工程师
  • 2014-6-29 06:47:30
 
材料的选用对效率提升有关键性作用,针对效率要求,合理选用材料,如半导体开关管选择,除了要注意它的耐压,耐电流外,还要从MOS的Rdson,Qg参数来考虑,对于开关管来说,它的损耗包括开关损耗,导通损耗,轻载主要为开关损耗,重载主要为导通损耗,如要改善轻载损耗,就要选用Qg小的MOS,Qg小,驱动电流小,驱动损耗小,但如果是要改善重载效率低,重载主要损耗为导通损耗,那就要选择低Rdson MOS。所以要看你要改善那种条件下效率,选用合理的零件很重要。
ck7401
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副总工程师
  • 2014-6-29 06:53:20
 
选用COOLMOS,效率提升明显。
YTDFWANGWEI
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  • 2014-6-28 13:25:16
 
在20v以上的输出下这些措施应该是起不到什么作用了。
luoyan1980
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LV8
副总工程师
  • 2014-6-29 06:50:24
 
主要决定于回来电流大小,回来电流大,就有作用。
YTDFWANGWEI
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  • 2014-6-30 07:46:47
 
这应该是属于一个优化的问题,你总不能说原来布线压降1v你优化到0.1v吧,要真这样应该属于设计问题了,不过在低压输出详细考虑这些还是很有必要的。
ope8363744
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副总工程师
  • 2014-6-28 15:34:08
 
简单粗暴——一个字就是粗
luoyan1980
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LV8
副总工程师
  • 2014-6-29 06:49:21
 
这只是从PCB布板来考虑,对于大电流回来来说,PCB铺铜要尽量短,
YTDFWANGWEI
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  • 2014-6-30 07:48:17
 
从分布电感的参数来说,记得短是第一位的。
ck7401
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LV8
副总工程师
  • 2014-7-22 17:23:34
 
以前做过试验,初级绕组的吸收电路由RCD改成TVS+DIODE方式对效率提升应该有一点作用。
bei_jxing
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高级工程师
  • 2014-6-30 10:35:37
 
上传陈为老师的讲义对效率的分析图,


分析可知:
效率随输入电压变化近似一个二次函数,损耗的各个变量的关系如下:
1-PWM IC 0次方关系,只在轻载有影响;
2-开关器件 ,导通损耗是电流二次方关系,开关损耗和频率是一次关系;
3-二极管是二次方关系
4-PCB 传导性损耗,二次方关系;
5-电容-ESR和纹波 直接相关;
6-磁元件 绕组损耗在满载和电流的二次方关系,磁芯损耗和功率等级无关;
以上仅是个人听讲的笔记记录和个人理解,如有错误之处,欢迎指出。
cyx7610
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总工程师
  • 2014-6-30 12:41:58
 
上面总结说得很好,把所有开关电源中的损耗都包括进去了。!陈老师就牛!
铁板牛柳
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高级工程师
  • 2014-6-30 18:55:36
 
其实就是I的平方乘以R和U的平方除以R吧。。。
luoyan1980
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  • 2014-6-30 20:55:13
 
也就是电流的平方。
mmc_21
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总工程师
  • 2014-6-30 18:32:28
 
围观
cxm3141
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高级工程师
  • 2014-7-2 20:25:36
 
能不能详细的讲解一下
bei_jxing
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高级工程师
  • 2014-7-7 22:24:23
 
其实就是每个器件损耗和输入电压,电流的关系,以功率开关MOS来讲,
包含导通损耗和开关损耗;Pcon=I2Rdson Psw=开关过程U*I交错部分积分;
明天上传详细的推到公式。
ck7401
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  • 2014-7-21 13:55:15
 
怎么没见上传了呢?
bei_jxing
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高级工程师
  • 2014-8-18 12:52:24
 
luoyan1980
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  • 2014-9-5 08:55:54
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上面内容怎么会打不开呀?
bei_jxing
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高级工程师
最新回复
  • 2014-9-17 13:39:43
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点击另存为就可以了,或者在网上搜索。
ck7401
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  • 2014-7-2 05:52:46
 
输出的同步整流,特别是输出是低压大电流,同步整流比肖特基整流对效率提升很大。
cyx7610
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  • 2014-7-3 16:56:39
 
同步整流主要效率提升是在MOS导通电阻Rdson比较小,MOS导通损耗会比肖特基Vf小很多。
ck7401
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  • 2014-7-6 17:11:34
 
同步整流输出低压大电流有效,如是输出为高压小电流效果不大。
zy550sc
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  • 2014-7-6 17:36:29
 
我怎么遇到高压轻载效率很低
cmg
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  • 2014-7-6 18:01:59
 
看一下这个20%负载(70W)的效率。


cyx7610
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  • 2014-7-6 18:21:22
 
对于BOOST PFC线路来説,这效率算是很正常。
cmg
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  • 2014-7-6 18:37:00
 
这个的关键不是满载效率,是10%负载就能做到96%的效率。
是针对帖主的第5条发的
luoyan1980
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  • 2014-7-7 17:33:55
 
PFC型号是多少?此IC与一般的CCM控制IC有什么不同?多谢!
cmg
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  • 2014-7-8 17:10:32
 
变频CCM
cyx7610
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  • 2014-7-20 15:44:12
 
变频CCM PFC控制IC很多。
cmg
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  • 2014-7-20 16:53:12
 
有可能,我现在工作不在这块,了解比较少,这个IC是很多年前应台达的要求开发的,当时是没有CCM变频的,这么多年过去了(至少5年前),应该很多了。
还是希望你举例两个厂家的学习一下。
luoyan1980
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  • 2014-7-21 12:56:55
 
ccm模式PFC控制IC,一般定频的比较多。
bei_jxing
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  • 2014-7-7 22:26:40
 
EMI 滤波的电感看这很给力,EMI不错吧?
luoyan1980
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  • 2014-7-8 10:35:41
 
对于小功率来说,PFC电感采用铁氧体效率也会提升,只是体积比较大,比较占空间。大功率就要用环形CORE了。
xieyugood
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高级工程师
  • 2014-7-8 16:10:34
 
不同的ic 在对于究竟在什么负载点优化他的效率应该也有不同的考量吧
ck7401
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LV8
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  • 2014-7-9 10:09:27
 
这要看你是那个负载点效率差,正常来说,最好的效率曲线为抛物线,在半载效率最高是合理的,偏向轻载或重载效率好,都不算是最佳效率设计。
cyx7610
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总工程师
  • 2014-7-11 13:30:30
 
这观点我认同。
hwx-555
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总工程师
  • 2014-7-9 13:53:01
 
1,以上主要针对线的损耗,当然有些地方我认为够用就好,不一定超粗超好,主要从EMC方面考量。
2,楼主原创贴,有无能给出如何确定线的粗细限值,对入门者来说不知多宽的铜箔才够
cyx7610
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总工程师
  • 2014-7-11 13:30:07
 
最起码的就是PCB不能有烧焦,铜箔不能有烧黄的现象。
hwx-555
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总工程师
  • 2014-7-11 16:42:28
 
这样严重了,连这个都满足不了就不算产品了。以上说的,是要考虑线路干扰和EMC等问题,所以不能太宽,线宽最起码要满足实际工作就好。
samhuang8204
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助理工程师
  • 2014-7-19 23:51:56
 
这个只是初级,次级呢?
ck7401
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副总工程师
  • 2014-7-20 13:57:37
 
一般来讲,次级铜箔宽度是最重要,多数电源次级一般都为低压大电流。所以次级更要尽量为宽铜箔LAYOUT。
huhushuai
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  • 2014-7-21 17:36:17
 
听楼主讲的,很受益啊。
hwx-555
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  • 2014-7-21 20:02:27
 
次级按我来做,就次级到整流到第一电解的线和包围尽量小外,后面尽量宽。结全美观兼实用。尽量满铜,尽量电流线路最短。
luoyan1980
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  • 2014-7-22 13:54:23
 
如PCB空间有限,还可以打铜跳线来减少阻抗。
cyx7610
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  • 2014-7-22 14:37:45
 
如需要铜箔加宽的地方,PCB最好裸铜。
luoyan1980
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副总工程师
  • 2014-9-5 08:57:04
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增加吃锡,减小阻抗。
ck7401
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副总工程师
  • 2014-7-22 17:20:44
 
开关电源如何提高效率
1.增大高压电容容量.
2.加强变压器制作工艺,减小漏感.
3.增大分压取样电阻阻值,
4.减少输入热敏电阻阻值.
luoyan1980
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副总工程师
  • 2014-8-27 06:49:40
 
上面方法对效率提升,是有一定帮助。
hwx-555
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总工程师
  • 2014-8-27 07:56:39
 
1和4是关联性确定的,电容取决于成本和空间
2,靠工艺
3,只能作有限改善
luoyan1980
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副总工程师
  • 2014-8-27 18:56:39
 
3点对待机功耗有明显改善,但对整个电源,特别是重载,那是微不足道。
hwx-555
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  • 2014-8-28 00:09:17
 
一般都用得较大,几乎没见过用很小的电阻取样啊
cyx7610
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  • 2014-9-5 07:27:28
  • 倒数8
 
取样电阻大小只能是改善待机功耗,对整机效率没影响。
luoyan1980
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  • 2014-8-2 06:24:42
 
电源效率是一点点抠出来的,做高效率电源的朋友应该都深有体会。
hwx-555
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  • 2014-8-2 10:25:02
 
抠效率是个持续以细心加耐心的活。
cyx7610
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  • 2014-8-11 19:37:33
 
效率也是钱堆出来,同样的功率,效率高的,成本一定也高。
hwx-555
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  • 2014-8-12 00:40:44
 
用钱肯定能堆出效率高的,这个大家都知道。而已相同材料,精做的和粗糙而为的就相差不小,我认为这应该才是楼主关于电源效率提升的讨论
ck7401
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  • 2014-8-13 17:00:10
 
用钱堆出来的效率不算,不花钱能做出高效率才算牛!!
cmg
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不花钱不同的人做出来差距很小,当然生手除外。
hwx-555
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  • 2014-8-13 19:48:10
 
那一点点差距在技术上就相差很大了
cyx7610
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总工程师
  • 2014-8-18 17:00:11
 
有不花钱能提高效率的,那是要再现有的条件下对产品进行最大的优化,如PCB布板,材料合理选用,最佳化的调试等。
ck7401
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  • 2014-8-19 07:20:57
 
最佳化的调试是考验工程师的真正的水平。
hwx-555
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总工程师
  • 2014-8-19 07:58:19
 
就是这个意思。
luoyan1980
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  • 2014-8-20 09:42:36
 
对于性能及效率调试的关键技术在于看开关波形,有一位很有权威的电源前辈说过一句话很经典,“什么是开关电源,开关电源就是要让电源开关管在该开的时候开,在该关的时候关,能做到这一点,开关电源就算是工作在最佳状态。”
cyx7610
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总工程师
  • 2014-8-25 15:50:47
 
这句话确实很经典,开关电源能调试到这种地步,就是很高手了。
ck7401
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  • 2014-8-28 08:18:51
 
“什么是开关电源,开关电源就是要让电源开关管在该开的时候开,在该关的时候关."经典呀,这位前辈太牛了。
YTDFWANGWEI
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  • 2014-8-28 08:24:17
 
呵呵,关键是如何实现该开的时候开该关的时候关啊,结论不重要,重要的是过程。
ck7401
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  • 2014-8-28 08:37:55
 
是呀,这就是技术实力的表现,就是效率提升最不花钱,效率提升最明显的方法,能够完全实现ZVS,ZCS开关,就很牛了。
bei_jxing
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  • 2014-9-2 10:40:13
 
经典,“什么是开关电源,开关电源就是要让电源开关管在该开的时候开,在该关的时候关,能做到这一点,开关电源就算是工作在最佳状态。”
主要考验
1-控制IC,控制时序和逻辑严谨,温度范围要宽,保护功能齐全,相应速度快;
2-MOSFET,开关波形要平滑干净。
luoyan1980
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  • 2014-9-4 16:27:15
 
产品性能的好坏,LAYOUT是关键。
cly2014
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  • 2014-9-4 18:19:59
 
产品成功与否,LAYOUT占一半.
hwx-555
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  • 2014-9-4 20:06:00
 
Layout是产品的基础,如果Layout不过关,产品是要搞死人的。
cyx7610
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  • 2014-9-5 07:25:36
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LAYOUT最怕干扰,如驱动,回授收到干扰,整机工作就不正常。
creater
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  • 2014-8-2 14:08:11
 
高频的,不一定有效
cyx7610
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  • 2014-8-6 19:33:57
 
高频对效率来说不一定有效,但对产品小型化有帮助,高频可以磁性材料电解电容小型化。
luoyan1980
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  • 2014-8-11 07:12:38
 
开关频率高频化,用于高功率,高密度产品。
tingting2013
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  • 2014-8-31 11:33:52
 
电源效率,,,我认为楼主说的有点不太实际了,
luoyan1980
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  • 2014-9-1 21:23:33
 
高频就不一定会高效率,但高频一定可以做到产品高密度,小型化。
cly2014
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  • 2014-9-1 21:44:08
 
磁性材料及电解电容在等同输出功率,可以使用更小规格。
hwx-555
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  • 2014-9-1 22:15:53
 
高频会提高开关损耗,所以只是可以用更小的磁芯,效率并不一定能提升。
ck7401
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  • 2014-9-2 06:48:33
 
高频会提高开关损耗,除非是软开关,只能是对高密度。产品小型化有帮助。
YTDFWANGWEI
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  • 2014-9-2 08:46:13
 
高频减少的仅仅是电容、变压器的体积,但到底能减小多少呢?在一个同等功率情况下,仅仅提高频率,比如提高一倍,变压器能降低多少?散热器还是主要的因素吧,所以高密度首先应该是高效率吧?
YTDFWANGWEI
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  • 2014-9-2 08:44:47
 
高频情况下,有几个还会采用硬开关呢?
hwx-555
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  • 2014-9-2 09:54:37
 
相对来说吧
软开关,好像现在的LLC的频点也是几十K到一百多范围,就PI的频率稍高。按理来说更高的频率用的材料要省很多,市面上也没有见到,所以还是有局限吧
YTDFWANGWEI
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  • 2014-9-2 10:15:20
 
你觉得那些做小功率高密度的DC-DC的,他们采用的都是软开关还是硬开关?他们的频率最低的也在300K以上吧?
hwx-555
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  • 2014-9-2 10:21:46
 
硬开关吧,斩波的吧
YTDFWANGWEI
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  • 2014-9-2 10:48:18
 
隔离的DC-DC怎么可能是斩波的?
hwx-555
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总工程师
  • 2014-9-2 10:49:45
 
都是硬开关吧
YTDFWANGWEI
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  • 2014-9-2 12:58:19
 
300K-1M如果硬开关,能抗的住?没具体接触过,不清楚。
hwx-555
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  • 2014-9-2 13:34:38
 
1M的产品没见过,300多K的应该有吧,也没有搞过这类产品。猜测下。
cyx7610
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  • 2014-9-5 10:52:42
  • 倒数4
 
1m的频率,那是要有相当好的布板技术,频率那么高,很容易干扰,布板可能要用到4层板材行。
cly2014
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  • 2014-9-5 15:48:10
  • 倒数3
 
1M的开关频率,在一般电源是用不到,那是高密度模块电源,且磁性材料都是集成,贴片形式作业才有可能。
luoyan1980
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  • 2014-9-10 13:57:36
  • 倒数2
 
高频率电源,其选材料也要注意,速度要能跟得上,如开关管,磁芯材料电容等。
cly2014
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  • 2014-9-3 06:42:39
 
高密度,高效率,高频率在DC/DC模块中比较常见使用。
hwx-555
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  • 2014-9-4 22:43:14
 
工作方式是那种类型
cyn365
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  • 2014-8-25 13:11:43
 
支持楼主
surface
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  • 2014-9-4 12:03:21
 
归纳的很好,你的这几点说的很好
1.     铜箔尽可能粗來降低DC阻值.
2.     利用Jumper Wire 來降低铜箔之DC阻值.
3.     EMI, PFC Chock, Transformer 初次级及Multi Chock 用更粗铜线來降低DC電阻.
luoyan1980
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  • 2014-9-4 22:41:29
 
减少功率器件的损耗,(开关损耗,导通损耗,磁性材料的磁损,铁损)。降低PCB铜箔及相关磁性绕线的阻抗。
cyx7610
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  • 2014-9-4 23:25:17
 
其实至于一款产品要提升其效率,所先要知道是那颗元件或是那块线路损耗比较大,在有针对性的去改善。效率是一点一点扣出来的,这句话是没错的。
luoyan1980
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副总工程师
  • 2014-9-5 06:42:10
  • 倒数10
 
提高效率是一个综合工程,优化PCB布板,最佳电气调试,合理选用材料才能做出高效率产品来。
cly2014
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副总工程师
  • 2014-9-5 07:30:26
  • 倒数7
 
提高效率,是减少一切尽可能改善的损耗。
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