200W开关电源功率级设计方案

　　3.3 Q1和D1
　　因为最高额定输入电压是265VRMS，Q1的最大漏极电压为500V 似乎足够了。但是建议使用一个额定电压为600V的MOSFET，因为经验显示这个600V MOSFET，能够承受浪涌测试，根据无损坏IEC61000-4-5标准，而500V类型则需要额外的浪涌电压限制器。同样，这对於Boost二极管也是有效的。这是因为电解质电容C5能够吸收大量能量，保护一个600V 器件，而不是500V器件。Q1和D1的峰值电流和通过L1 的峰值电流是相同的，即4.5A，而Q1的RMS 电流为∶
　　

　　D1的RMS 电流为∶
　　

　　尤其对於MOSFET，低功耗和峰值电流是选择某些器件的重要考虑因素。
　　经过一番计算，选择了一个最大RDSon约为0.45Ω@100℃的SuperFetTM FCP16N60。Q1 的总功耗分成传导功耗和开关功耗。传导功耗如下∶
　　

　　开关损耗进一步分为，由於源漏电容(加上寄生电容的，例如L1 和PCB)放电导致的功耗和由於开关过程中电流和电压重叠带来的功耗，以及D1反向恢复带来的功耗。所有这三项都无法确切了解，但可以根据下面的表达式估计∶
　　

　　FCP16N60的COSS,eff是110pF，而杂散电容Cext估计为150pF。50ns的交叉时间tcrossover 是一个合理的估计值，并且得到测量确认。二极管反向恢复导致的功耗预计为2W。最终，Q1 的总功耗是∶
　　

　　图2是双管正激变换器。在这个应用中，FAN4800的PWM部分运作在电流模式，控制一个双管正激变换器。这个拓扑基本上和熟知的单管正激变换器相同。但它的优点是，两晶体管中的任何一个漏极电压只需要等於PFC的直流输出电压。相比之下，标准正激变换器需求两倍大小的漏极电压，差不多800-900V。此外，对於双管正激变换器，变压器构造简单，便宜，因为它不需要复位绕组。
　　当然有缺点需要考虑∶使用的拓扑需要两个晶体管，其中一个的门极电压悬浮于高电压。如果细看，这些问题都不是大问题，因为功率MOSFET 的导通阻抗正比於漏极电压，为2至2.5 倍。这意味著两个晶体管，只须有一半耐电压同时只有一半导通阻抗，即可使用更少的矽面积得到相同的传导功耗。所以两种解决方案的成本是相似的。
　　因为使用了门极驱动器FAN7382，第二缺点也没有了。这个器件包含一个完全独立的低端和高端门极驱动器。这是很重要的，因为在双管正激变换器中，所有的晶体管同时关闭和导通。当导通时，能量转移到次级;当关闭时，变压器经复位二极管D217和D218被去磁化。
　　

　　对於双管和单管正激来说，主要设计等式完全相同，所以飞兆半导体应用说明AN-4137及其相关的电子数据表，如图3所示 [2]，可用於考虑一些变化後的计算。由於变换器直流电压由一个PFC预调节器产生，填入电子数据表的线路电压须选择适当，以获得正确的直流电压。在这个应用中，284VRMS用於两个最低和最高线电压。线频率并不影响计算。
　　接下来，考量 直流母线电容大小(例如1000uF)，因为使用到PFC，实际直流母线电容器两端的纹波电压相当小。
　　最高占空比也须严格小於0.5，允许变压器去磁化。为了留下一些馀量，最大占空比选择为0.45。
　　由於已经有了单个晶体管正激的表单，np/nr比(Excel:Np/Nr)和最大额定MOSFET电压可以忽略。
　　输出滤波电感L5的电流纹波因素Krf 的选择，通常是一个反复的过程。一方面，想使这个因素尽可能小，以减少初级和次级电流的RMS 和峰值。另一方面，L5 不得过大。因此，开始假设一个纹波因素，然後检查L5的配置结果是否可以接受。在这次设计中，KRF值为0.21，L5的计算电感为40μH。计算的绕组将完全填补一个EER2828磁环。根据选择的KRF，通过Q205和Q206的电流的RSM和峰值如下∶
　　如前所述，最高漏极电压稍微大於400V足够了，能有效使用额定电压为500V MOSFET。其次，输出建议使用600V MOSFET， 而不是一个浪涌电压限制器。SUPERFETTM FCP7N60具有下列数据
　　功耗能够很容易得到，与计算Q1功耗类似。
　　这里给出了一个功耗上限值。在实际中，励磁电感的谐振和节电输出电容使电压降低到400V以下，Q206的功耗当然是完全相同的。每一个MOSFET需要一个最大热阻为20℃/W的散热器。
　　电流感应电阻R233的值是这样选择的，最大峰值电流可能超过1.6A。如果电阻值为0.56Ω，这个条件实现了但没有馀量。出於这个原因，选择0.47Ω电阻，此时最大峰值电流为2.1A。
　　

　　电感L5，变压器，二次整流和滤波，都可以根据Excel表计算。在工作表给出的变压器AP等式的帮助下，为变压器选择了一个EER2834磁环，绕组数据可在附录中查到。整流二极管的反向电压计算值是57V，但是推荐使用一个指定最大电压至少100V的整流二极管。为了减少传导和开关损耗，最好使用肖特基二极管。RMS电流负载在电子数据表中给出，可以用来确定二极管;实际选择的是两个FYP2010DN二极管。整流二极管D219和D220的平均电流为∶