一款实用高性能开关电源的设计与实现

到两个作用：一是缓冲开关管VT的关断;二是与初级线圈形成谐振使变压器磁心恢复。

2.3同步整流技术

电源系统采用电流驱动同步整流技术[8]。基本思路是通过使用低通态电阻的MOSFET代替DC/DC变换器输出侧的整流二极管工作，可以很大限度地降低整流损耗，即通过检测流过自身的电流来获得MOSFET驱动信号，VT在流过正向电流时导通。而当流过自身的电流为零时关断，使反相电流不能流过VT,故MOSFET与整流二极管一样只能单向导通。与电压型同步整流技术相比，电流驱动同步整流技术对不同的变换器拓扑结构适应性好。

选择同步整流管主要是考虑管子的通态电流要大，通态电阻小，反向耐压足够(应按24V时变压器次级变换反向电压计算)，且寄生二极管反向恢复时间则要短。经对实际电路的分析计算，选用Onsemi公司生产的MTY100N10E的MOSFET管，其耐压电压为100V,通态电流为100A,通态电阻为11m!,反向恢复时间为145ns,开通延迟时间和关断延迟时间分别为48ns和186ns,能满足系统工作要求。

3 降耗及降电磁污染的设计要点

3.1降耗措施

(1)利用TDA4863芯片优越性能。

TDA4863的性能特点是：当输入电压较高时，片内APFC电路从电网中吸取较多的功率;反之，当输入电压较低时则吸收较少的功率，这就抑制产生的谐波电流，使功率因数接近于1;片内还包含有源滤波电路，能滤除因输出电压脉动而产生的谐波电流;芯片的微电流工作条件也降低了元器件的损耗。

(2)电压电流双闭环反馈。

因整机系统形成双闭环系统，故DC/DC变换器输出稳定电压时既增大输入电阻又减小输出电阻，达到了闭环控制的目的。变换器在较大功率时呈现同步整流方式，较小功率时开关管、整流管均为零电压开通。同步整流或零电压开通都极大地降低了管耗。

(3)线路布局优化。

系统硬件电路中全部电感线圈的初级、次级均采用多股绞线并绕方式，减小了铜损耗并可有效抑制共模干扰。

3.2 降低电磁污染措施

(1)交流侧设置电磁干扰(EMI)滤波器。

设置EMI滤波器的目的是抑制电源线上传导的高频干扰，同时防止电源装置产生的谐波污染电网。

(2)直流侧安装滤波电容器。

在电源整流桥的两端并联了四只滤波电容器，可以削弱整流部分对系统工作的影响。

(3)设置屏蔽层。

由于MOSFET管和整流器件与底板和散热器之间通过绝缘片产生分布电容效应而将电磁干扰耦合到交流输入端形成共模信号，因此采取在两层绝缘片之间夹一层屏蔽片的方法，即把屏蔽片接至地端，切断共模干扰向电网传播的途径。

(4)合理接地。

一方面为降低接地阻抗、消除分布电容的影响，安装时将需要接地部分就近接到该端;另一方面分别将低频电路、高频电路和功率电路的公共端单独连接后，再接到参考地端。

(5)优化元器件布局，减小连线距离。

在一次整流回路中将二极管与变压器接近，而在二次整流回路中二极管与变压器和输出电容都设置得比较靠近;此外还使正、负载流导线平行走线，目的在于抵消各自形成的外部磁场。

4 样机制作及测试结果分析

4.1样机制作

根据本文设计电路进行了实物制作，采用Protel设计制作实验印制电路板(PCB)，并进行元器件安装、焊接，PCB板的正面视图如图4所示。

4.2整流桥和开关管测试波形

样机实验中采用美国泰克(Tektronix)示波器TDS5034B对电路进行测试。测试时后级DC/DC变换器负载为：12V/1.53A;24V/1.70A。图5是测试波形，其中udr和ud分别为开关管VT1驱动电压及其漏极电压，u5为TDA4863的5脚电压，即电感零电流检测电压，ui为整流桥正弦半波输出电压。可见ud幅值因为钳位而基本不变，呈高频矩形波;u5的包络线显现出电感平均电流波形接近于正弦波形。当ui为谷点时，振荡频率f0明显降低，因此电流基准信号也处于低谷。且输出功率一定时，很小的峰值电流无法使u5升高;在ui峰值附近f0也较低，因为电流基准信号亦处峰值附近，电感电流峰值和输出功率都较大，但因输出平均功率一定，故f0降低。

4.3不同输入交流电压时的开关管电压波形

图6(a)、(b)是负载为12V/1.1A、24V/3.2A时，不同ui下实测的开关管VT1漏极电压ud的波形。可见当ui在低压段90~150V时，ud为252V,并保持不变;当ui在高压段210~260V时，ud一直保持382V不变。由此说明，电源系统实现了输出电压跟随输入交流电压变化的目标。

4.4输出纹波电压波形

图7(a)和图7(b)分别是负载为12V/4.5A、24V/5A时的输出纹波电压波形。图7(a)中12V时输出纹波电压ur≈25mV,峰-峰值up-p≈104mV;图7(b)中24V时输出纹波电压ur≈32mV,峰-峰值up-p≈185mV。

在实测以上各关键点波形的同时，用WT3000型高精度功率分析仪观察功率因数cos!的校正效果