功率开关对电源效率的影响

设计示例和实验结果

在本节中讨论一个设计示例，目标系统是输出电压为 12V 和输出负载电流为 30A 的 PC 电源，由于输入通常来自功率因数校正 (PFC) 电路，输入电压的范围并不宽泛，目标规范如下：
标称输入电压：390 VDC
输入电压范围：370 VDC ~ 410 VDC
输出电压：12 V
输出电流：30 A
开关频率：100 kHz

图3 360 W PC电源的设计示例 (12 V, 30 A)

图 3 所示为参考设计的完整原理图，变压器的电气特性如表 1 所示。

表 I 所设计变压器的电气特性

图 4 和图 5 所示为转换器在标称输入和全负载情况下的实验波形。S1 的栅极信号，主变压器的初级端和次级端的电压和初级端电流如图4所示。请留意这些波形与理论分析很好地吻合，包括ZVS 运作。输出电感电流和 SR 的电流如图 5 所示，由于占空比和寄生组件，输出电感电流是不均衡的，这意味着平均励磁电流小于中心抽头式配置(注 1)。

图4 实验结果 I

图5 实验结果II

图 6 所示为不同负载情况下的 ZVS 运作，显示了低侧开关的漏极电压和栅极信号，转换器在负载低至 30% 的情况下仍表现为 ZVS 运作。

图6 ZVS 运作验证;(a) 30% 负载;(b) 20% 负载状况

图7 测得的效率

转换器的效率如图 7 所示，在额定负载为 20%、50% 和 100% 的情况下测得的效率分别为93.7%、94.6% 和 93.1%，这显示了边际性能，因而使用设计优良的 PFC 和 DC-DC 级能够达到85 PLUS 规范要求。