開關電源中“黑箱”的考慮

　　在初設計階段，首先要考慮開關電源的一些主要參數，這有助于設計者確 定自己所選的拓撲是否正確，也便于提前預定實驗板所需的元器件。同時可以知 道接下來的設計所需的一些非常重 要的參數。關于如何對“黑箱”進 行估計，設計者只要知道設計指標 中的一些外特性參數就可以了。接 下來就把要設計的電源當成一個黑 箱看待，在這個黑箱里，只定義輸 入和輸出（見圖3-17）。

　　下面就是一些參數估計：

　　1.輸出功率

　　尸。ut =〉： （ Kut （m） ？。ut （m））

　　2.輸入功率

　　p

　　P ^ out

　　111 _ 7-t

　　式中‘——估計的開關電源效率。

　　3.平均輸入電流

　　^in（avHnom） = 7/~（3 _ 11）

　　^ inCnom）

　　式中，下角標“nom”表示額定值。

　　在輸入電壓時，就可以解出的平均輸入電流。設計者根據這個值決 定變壓器繞組或電感中的導線尺寸。

　　4.輸入峰值電流

　　這個參數完全是由事先選定的拓撲決定的。

　　bp

　　/Pk = y^-0-12）

　　V in （min）

　　式中，A： = 1.4 0（寸于Buck電路、推挽電路和全橋電路）。

　　& = 2.8 （X寸于半橋電路和正激式電路）。

　　5.5 （對于 Boost，Buck-Boost 和反激式電路）。

　　峰值電流的確定有助于反激式電感和變壓器的設計，對于正激式電路，電感 和變壓器的設計這時還無法確定。

　　5.選擇功率開關管和整流電路

　　每一種拓撲都可以估計出開關管和整流電路上的電壓、電流應力，這些估計 有90%的可信度。設計過程中，可以在這個階段選好開關管，從而節約寶貴的 時間，以避免在需要時要等待。表3-2的公式實際上可能有些保守，但應用中還

　　是可以根據這些公式計算的。

　　表3-2估計功率半導體器件重要參數的值

　　拓 撲雙極型功半開關MOSFET功申。丌關整流器

　　^I）S$/i）h

　　Buck電路^outitVi？Auit

　　Boosl Hi 路t7〇？2/，丨^out2POIJlV；utAult

　　;，in （mill）ill （min）

　　Buck-BoosL 電路^in _ Kxil2Pwt^in _ ^oul2Pout^ia _ ^oul■^oul

　　I in （min）^in Qniti）

　　反激式屯路1 - 7 Kin（，lwx）^in （min）1 - 51 ^丨（mHX）2Poul 1？i“（…i”）^ in if

　　單管爪激式電路2V‘in2I’m1.5/。3V；utit

　　;，in （mill）ill （min）

　　推挽式屯路2 Finl-2Fwt I in （min）2Fml-2Fllllf ^in Qniti）■^oul

　　半橋電路2P？t ^in （min）n，2P〇ut 1？i“（…i”）2 V；，，^ in if

　　全橋電路41-2P，h1（2V；utit

　　卩 in （min）^in （miix）

　　6.估計器件的損耗（這項是可選的）

　　PWM開關電源各個部分的相應損耗有些足可以根據經驗事先進行佔計。損 耗的比例3然也受設計者的設計方法所影響，在這個階段，我們想耍得到的只是 一個比較接近的估計值。表3-3給出了各個主要拓撲的典型效率和丌關管到整流 輸出各部分損耗rV總損耗的H分比。

　　表3-3各種拓撲“黑箱估計”的損耗

　　拓 撲兒關類耶整休佔汁 效率（％）估計各部分損耗占總損耗的1分比P CO

　　功率j h關 和驅動（％。）輸出核 流器（％）磁性元件 （%）九：他 （%）

　　雙極型MOS

　　Buck電路X72424855

　　X76355555

　　Boosl？電路X74553555

　　X77484255

　　Buck-BoosL 電路X74553555

　　X77484255

　　反激式屯路X75444655

　　X78335755

　　爪激式電路X74444655

　　X77335755

　　推挽式屯路X69504055

　　X72405055

　　半橋電路X69484255

　　X72405055

　　全橋電路X65504055

　　X70405055

　　如果要確定電源各部分相應的損耗，可以W下面公式計算：

　　尸“：k丨）二尸m （l - 7j） P （%）（3-13）

　　式屮——設汁部分損耗占電源總損耗的百分比的典型估計值（見表3-3）。

　　如果拓撲中有多個功率開關，那么issUl）要乘以相應的系數：對于推挽式 電路和半橋電路，該系數為0.5 （50%）;對全橋電路，該系數為0.25 （25%）。

　　在多路輸1丨丨的開關電源屮，佔計每個輸丨I1，整流部分的損耗，要根據這部分輸 丨丨丨功率占總功率的比例來進行佔計，可依據式（3-14）計算。

　　P山產 Pm （l-Tj）（3-14）

　　OUl.

　　這些損耗的數據可用來決記要采用何種相應的平。導休封裝。更確切地說，用 這呰數據來判斷半導體器件是杏要貼到散熱片上去，也可以估汁所需散熱片的大 小。

　　整個設計程序中，黑筘的估計部分到這里就完全結束了。我們可以看出，對 這些參數進行估計，可以得到一些非常有用的倍息。