基于PIC32 Ethernet Starter Kit的绿色开关电源，软硬件协同方案

引脚的最大输入电流（注2）：300 mA

任一 I/O引脚的最大输出灌电流：25 mA

任一 I/O引脚的最大输出拉电流：25 mA

所有端口的最大灌电流：200 mA

所有端口的最大拉电流 （注2）：200 mA

三.开关电源的损耗和效率分析

影响开关电源效率的主要因素是开关元件的开关损耗和导通损耗，以及磁性元件损耗。其中，开关元件包括开关管和二极管，磁性元件是变压器和电感。

3.1开关元件的开关损耗

开关元件的开关损耗，主要是开关元件在开关过程中由于电路的切换，线路中的寄生电感在电路切换过程中释放储能和开关元件（如开关管、二极管）开关过程中的延迟所产生的功率损耗。开关损耗一般随开关频率的增加而增加。对于低电压的DC/DC变换器，如果开关频率不是很高，则其开关损耗相对较小，如果是交流试电则开关损耗将变得比较明显。开关损耗产生时可以在开关元件的电压，电流波形上看到。如图3-1所示：

图3-1 开关元件在开关过程中的开关损耗

图中 ,VDS、IDS、PDS分别为开关管的漏-源极电压、开关管的漏极电流、开关管的功率损耗。由于电路中的寄生电感和实际电感的存在，在电路切换过程中，电流是不能跃变的，而且是开关管关断后的开关管电压上升到电源电压或某一电压值时，切换导通的元件才开始导通。这样，在开关管关断的过程中就产生电压、电流同时出现的现象，这种现象在开关管上产生开关损耗，即t1~t3期间。同样，在开关管的开通过程中也有开通损耗，即t4~t6期间。

为了降低甚至消除开关元件的的开关损耗，可以采用如下方法：采用电容器实现开关元件的电压、电流波形的改变，借以改变开关元件的电压、电流的同时存在或程度。如图3-2所示：

(a)小缓冲电路 （b）中等缓冲电路

(c)大缓冲电路

图3-2 通过修改开关元件的电压波形减小开关损耗

由于与开关元件并联的缓冲电容延缓了开关管的电压上升，所以使开关管的电压、电流同时存在的程度得到改善。但是在每一个关断过程借宿后，缓冲电容器的电压必须复位。如果采用RCD缓冲电路，则电容器复位释放的能量将被转换成热能散发掉，不利于提高开关电源的效率。而将缓冲电容器复位释放的能量回收旧可以明显地提高开关电源的效率。

3.2开关元件的导通损耗

除了开关损耗，开关元件的导通损耗也是不容忽略的。在低电压环境下，1.2~1.5V的超快速二极管的导通电压可能会使开关电源的效率损失20%甚至更多，因此在低电压应用中最好采用导通电压为0.5V左右的肖特基二极管，相对超快速二极管可以提高效率10%以上。如果采用MOSFET同步整流器，则效率可进一步提高。

除了需要降低二极管的导通损耗外，开关管的导通损耗也是不容忽略的。在一般情况下，双极型功率晶体管的饱和电压在1V左右，在10V左右的低电压供电条件下所产生的导通损耗是不可忽视的。相对而言，在诸多类型的晶体管中，低压MOSFET的导通电压是最低的，可以低于0.2V甚至0.1V。所以，采用功率MOSFET作为开关管，可以有效的降低开关管的导通损耗。

3.3磁性元件损耗

开关电源中的磁性元件主要是变压器和电感。变压器一般采用铁氧体磁芯。电感可以采用铁氧体磁芯，也可采用金属粉芯。

电感、变压器的激磁电感在交变磁滞的作用下，磁感应强度也随之变化。磁感应强度的变化所产生的磁滞回线将产生磁性材料的磁滞损耗，除此之外还有涡流损耗和绕组的铜耗。

3.4工作状态对效率的影响

对于降压型变换器来说，占空比越大越好，供电电源向输出直接提供电能的比率就越大；而升压型变换器则是占空比越小越好，此时供电电源向输出提供电能的比率也越大。

四、设计方案

开关电源的设计多数是采用脉宽调制方式，少数采用脉冲频率调制方式，很少见到混合式调制方式。为了避免开关上的过大功率损耗，我们可以从以下两个方面进行设计：增大降压型变压器的占空比，从而减小流过开关的电流降低开关的功耗；采用软开关技术来降低开关的功耗。我们目前打算从以下几个方面进行设计。

4.1、开关电源输入回路的设计

在开关电源应用于交流电网的场合，整流电路往往导致输入电流的断续，这除了大大降低输入功率因数外，还增加了大量高次谐波。同时，开关电源中功率开关管的高速开关动作（从几十kHz到数MHz），形成了EMI（electromagnetic interference）骚扰源。为了减小骚扰源，可以利用EMI滤波器衰减电网与开关电源对彼此的噪声干扰。

4.1.1常用低通滤波器模型：

EMI滤波器通常置于开关电源与电网相连的前端,是由串联电抗器和并联电容器组成的低通滤波器。