一种高效反激式开关电源的设计与性能测试

3 降耗及降电磁污染的手段

　　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，这就抑制了产生谐波电流，使功率因数接近单位功率因数；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，DC/DC变换器输出稳定电压时既增大了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。

　　3.2 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

　　在整流桥的两端并联了四只滤波电容器，可削弱整流部分对系统工作的影响。

　　(3)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将二极管与变压器和输出电容都设置得比较靠近。

　　(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。

　　4 样机测试结果分析

　　4.1 整流桥和开关管测试波形

　　采用泰克（Tektronix）示波器TDS5034B对实验电路进行测试，图4是后级DC/DC变换器负载为12V/1.53A及24V/1.70A时的波形。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。由图可知，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，因此时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于峰值附近，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。

　
4.2 不同输入交流电压时的开关管电压波形

　　图5是负载为12V/1.1A、24V/3.2A时，不同的ui下实测的开关管VT1漏极电压ud的波形。由图可知，当ui在90V～150V低压段时，ud为252V，并保持不变；当ui在210V～260V高压段时，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。

　
4.3 输出纹波电压波形

　　图6为APFC的输出高频和低频纹波电压。由图可知，高频纹波电压约为3V左右，低频纹波频率为100Hz时，波动电压约为10V。因后级为反激式DC/DC变换器，故对输出电压无影响。

　4.4 开关电源主要项目测试数据

　　不同负载和输入交流电压下测试的实验数据如表1所示，表中，Ui、Ii；UO、IO；Pi、PO分别表示整个电源系统的交流输入电压、输入电流；输出电压、输出电流；输入功率、输出功率。样机功率因数cosΦ是采用WT3000型高精度功率分析仪测试得到。具体测试情况是：电源系统未启动时，cosΦ只有0.625左右，但当系统工作后，cosΦ逐渐升高并达到0.952以上，峰值点可达0.989，可见电源系统对功率因数的提升是明显的。


本文所设计的反激式开关电源与普通开关电源相比，具有更低的功耗和电磁污染，而且对样机实测的功率因素cosΦ高于0.95；在输出端电压分别为12V和24V时，对应系统输出纹波电压实测约为104mV和185mV；THD值低至3.75%以下，符合EMI国家标准，整个电源系统的效率范围为85.8%≤η≤87.9%。因此，所设计的开关电源具有较高的实际应用价值，可以将其应用于各种中小功率的电子设备中。