開關(guān)電源損耗分析 |
對(duì)于開關(guān)電源效率的提高,我們常常所關(guān)心的是開關(guān)管的開關(guān)損耗,總是試圖進(jìn)行軟開關(guān)控制以提高效率,但是,在開關(guān)電源的設(shè)計(jì)中,我們可能常常忽略了非常重要的損耗因素。 在此,偶羅列出一些損耗因素,并給予適當(dāng)?shù)挠?jì)算,目的是提醒大家注意其它因素,比如PCB布線、電解電容、變壓器、整流管等,對(duì)開關(guān)電源效率的不可忽視的影響。 文中計(jì)算多有不周之處,期望大俠們批評(píng)指正。在此拋磚引玉,希望給大家?guī)С鲆粋€(gè)努力的方向。 電源效率分析(以交流三相輸入,輸出400V12.5A5000W為例) 1. 三相輸入整流橋(BR3510W): 小計(jì): 相電流:Ii = Pi/3/Ui 功率損耗:p = Ii * Ud*3 占比約為:p/Pi = Ud*/Ui = (0.98*2)/220 = 0.89% 0.89% (單相整流仿真分析,有470uF濾波電容和無濾波電容兩種情況下,同樣輸出1.5kW,整流二極管上的損耗比為129:70, 再加上濾波電容的損耗,實(shí)際低功率因數(shù)情況下的整流損耗會(huì)更大,可能會(huì)超過1.64%。輸入濾波電容越大,功率因數(shù)越低,效率越低。) 沒有PFC校正的電路,減小輸入濾波電容,增大輸出濾波電容,但可能會(huì)帶來較大的工頻噪聲。 2. 輸出止逆(防倒灌): 15A*1.05V=15.75W,15.75W/5000W=0.315% 1.205% 3. 輸出整流(DSEI3010): 輸出電流:Io = Po/Uo 功率損耗:p = Io*Ud*2 占比約為:p/Po = Ud*2/Uo = 1.8*2/400= 0.90% 2.105% 4. 開關(guān)管(IXFX44N80) 開關(guān)管通態(tài)損耗:0.190Ω*1.5(熱態(tài))*11A^2/5000W = 0.69% 2.795% 關(guān)斷損耗:(520V*2A*0.2us/32us+520V/2*12.5A*0.015us/32us)/5000W = 0.16% (仿真結(jié)果,出入較大) 2.955% 5. 變壓器損耗: 銅損:9/16,0.1mm線700股,5.495mm2,長度1000mm,銅的電阻率為17.5x10-8,線包導(dǎo)線電阻6.37mΩ。 額定輸入AC380V情況下,輸入整流電壓380Vx1.2 = DC456V,輸入大功率400Vx12.5A/0.91/0.9=6105W, 輸入電流13.4A,半橋LLC變壓器初級(jí)電流有效值26.8A。線包總銅損 = 26.8x26.8x6.37x2/1000=9.15W,占0.183%。 3.138% (實(shí)測(cè)初級(jí)8 mΩ,次級(jí)18 mΩ) 以天通的TP4磁芯為例,磁導(dǎo)率2300,功率損耗650kW/m3(100kHz0.2T),PL=aB2.00F1.46, 得出磁滯損耗系數(shù)a=19.54。LSAD3,滿載工作頻率30kHz,磁感應(yīng)強(qiáng)度0.3T,磁芯單位體積損耗PL=252 kW/m3, 雙EE70磁芯2*102 cm3,總損耗51.4W,占5000W輸出功率的1.028%。 4.166% 6. 諧振電感損耗: 銅損:8匝,0.1mm線700股,5.495mm2,長度750mm,銅的電阻率為17.5x10-8,線包導(dǎo)線電阻2.39mΩ。 半橋LLC諧振電流有效值26.8A。線包銅損 = 26.8x26.8x2.39/1000=1.72W,占0.034%。 4.2% 以天通的TP4磁芯為例,磁導(dǎo)率2300,功率損耗650kW/m3(100kHz0.2T),PL=aB2.00F1.46,得出磁滯損耗系數(shù)a=19.54。 LSAD3,滿載工作頻率30kHz,磁感應(yīng)強(qiáng)度0.3T,磁芯單位體積損耗PL=252 kW/m3,EE70磁芯102 cm3, 損耗25.7W,占5000W輸出功率的0.514%。 4.714% 7. PCB線路的損耗不可忽略。35um厚,平均20mm寬,總長平均1500mm,12.5A電流的損耗是:58.59W,占1.17%。 5.884% 8. 輔助電源 7812:(18V-12V)*0.4A=2.4W 7805:(10V-5V)*0.1A=0.5W 20W*15%=3W 損耗:5.9W 風(fēng)機(jī):23.25W 總損耗:29.15W,占0.583% 6.467% 9. 電解電容:紋波電壓0.4%*400V=1.6V,ESR大約100 mΩ,損耗25.6W 假定輸入濾波損耗15W,諧振電容損耗15W,則總占比1.11% 7.577% 10. 熔斷器損耗: 總計(jì)算損耗7.577%,計(jì)算效率92.4%,與實(shí)測(cè)比較接近。 實(shí)測(cè)的變壓器銅損比計(jì)算值大,計(jì)算未考慮趨膚效應(yīng)及其它雜散損耗; 實(shí)測(cè)的變壓器鐵損比計(jì)算值小,計(jì)算時(shí)所取的B值過大,實(shí)際勵(lì)磁電流較小,B較小。 電解電容的損耗不容忽視,實(shí)測(cè)470uF400V2并2串,274 mΩ。
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| 發(fā)布時(shí)間:2017.04.18 來源:世紀(jì)電源 |
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