中心議題：

• 開關電源設計要點解析

解決方案：

• 降低開關變壓器的損耗

開關電源某些參數做得不好會造成EMC難過關、待機功耗大、效率不高。如何減小開關電源的待機功耗、提高開關電源的效率是全球電源行業共同關注的問題。本文配圖講述綠色開關電源設計要點。

隨著現代科學技術的發展，器件的性能提高，特別是節能型電源芯片如雨後春筍般湧現，加上電路設計的成熟，要設計效率高、待機功耗小的節能型開關電源已是不太難的事情，設計節能型開關電源正是適應了節能減排的需求。近幾年來，美國“能源之星”的實施對設計和製造高性能的節能型開關電源起到了推波助瀾的作用。

符合“能源之星”的開關電源又叫“綠色開關電源”，針對開關電源的“能源之星”已(yi)經(jing)有(you)了(le)多(duo)個(ge)版(ban)本(ben)，隨(sui)著(zhe)版(ban)本(ben)的(de)升(sheng)級(ji)，開(kai)關(guan)電(dian)源(yuan)的(de)效(xiao)率(lv)越(yue)來(lai)越(yue)高(gao)
，待(dai)機(ji)功(gong)耗(hao)越(yue)來(lai)越(yue)小(xiao)
，但(dan)設(she)計(ji)難(nan)度(du)也(ye)會(hui)越(yue)來(lai)越(yue)大(da)。開(kai)關(guan)電(dian)源(yuan)的(de)效(xiao)率(lv)一(yi)般(ban)在(zai)滿(man)載(zai)輸(shu)出(chu)功(gong)率(lv)時(shi)測(ce)試(shi)，但(dan)CEC（美國加州）及“能源之星”規範中對設計的平均效率是在負載的四個測試點進行實際測量，這四個點是：25%，50%
，75%及1 0 0%，設計是有一定難度的。

本人現在以圖一的電路圖為例，以美國加州能源之星法案（Ⅳ等級）Table U-2（2008年1月執行）為設計依據來闡述設計綠色開關電源的要點。美國加州能源之星法案（Ⅳ等級）Table U-2的要求如下：

注意1：表中Pn是外置型開關電源的標準輸出功率
，Ln是自然對數。

注意2：美國加州“能源之星”是強製執行的，是美國加州地方法規。進入美國加州的商品開關電源必須遵守這一法規。我國不少廠商是按照美國加州“能源之星”法案來設計和生產綠色開關電源的。
             
圖一所示是輸出為12V3A的並聯型反激式開關電源，作為14英寸至17英寸的液晶顯示器的電源適配器之用。

綠色開關電源的設計要點　　

綠色開關電源的主要內容是效率高，待機功耗小。36W的效率要求大於83%，待機功耗要小於0.5W。現在的電源芯片供應商提供的一般都是綠色電源芯片，待機功耗一般都會很小。但是，效率高除了與芯片有關外
，還與其它器件有流＋反向漏電流 Idss×反壓，用6N60加散熱器可滿足要求。

二次整流管工作在高頻脈衝狀態下，在12V3A輸出時，要求工作耐壓大於輸出電壓的4 倍，工作電流大於輸出電流的3倍

，用耐壓60V，工作電流為16A的SB1660肖特基二極管可滿足要求
，但一定要加散熱器。

電(dian)源(yuan)芯(xin)片(pian)的(de)功(gong)耗(hao)越(yue)小(xiao)越(yue)好(hao)
，因(yin)為(wei)它(ta)除(chu)了(le)影(ying)響(xiang)整(zheng)機(ji)效(xiao)率(lv)和(he)待(dai)機(ji)功(gong)耗(hao)外(wai)，還(hai)涉(she)及(ji)整(zheng)機(ji)的(de)工(gong)作(zuo)穩(wen)定(ding)性(xing)，其(qi)功(gong)耗(hao)越(yue)大(da)，溫(wen)升(sheng)越(yue)高(gao)
，工(gong)作(zuo)越(yue)不(bu)穩(wen)定(ding)。如(ru)昂(ang)寶(bao)公(gong)司(si)的(de)綠(lv)色(se)開(kai)關(guan)電(dian)源(yuan)芯(xin)片(pian) 0B2269AP，其正常工作功耗小於30mW，工作穩定。

開(kai)關(guan)變(bian)壓(ya)器(qi)的(de)損(sun)耗(hao)是(shi)整(zheng)機(ji)損(sun)耗(hao)的(de)大(da)頭(tou)，它(ta)包(bao)括(kuo)銅(tong)損(sun)和(he)磁(ci)損(sun)。簡(jian)單(dan)複(fu)製(zhi)人(ren)家(jia)的(de)優(you)質(zhi)開(kai)關(guan)變(bian)壓(ya)器(qi)很(hen)難(nan)做(zuo)成(cheng)損(sun)耗(hao)小(xiao)的(de)開(kai)關(guan)變(bian)壓(ya)器(qi)的(de)

，因(yin)為(wei)開(kai)關(guan)變(bian)壓(ya)器(qi)的(de)損(sun)耗(hao)是(shi)一(yi)個(ge)複(fu)雜(za)的(de)關(guan)係(xi)，與(yu)磁(ci)芯(xin)的(de)品(pin)質(zhi)、設計、繞製工藝等有關。拿設計反激式開關變壓器而言
，它與工作頻率、導通時間、繞製方法、磁隙（磨磁芯）dengyouguan。kaiguanbianyaqideshejishishejikaiguandianyuandehexin，yaoyougaoshendelilunzhishiheduoniandejingyanchendian，youxiudekaiguandianyuanshejigongchengshizaixuanzegaopinzhidecixin、結合先進的繞製工藝，能設計出效率高於97%的開關變壓器。圖一中的開關變壓器的磁芯選用浙江天通的EE-30L，開關工作頻率為65KHz

，導通時間是0.42T（T是周期），初級78圈，次級8圈，芯片供電繞組9圈，初級電感量 1.2mH，漏感小於35uH，變壓器的效率可達96%，工作時溫升低於60℃。阻尼吸收網絡由R2、C3、D1組成，D1用UF4007，C3用 1000V4700PF的高壓瓷片電容器，R2為120K2W的電阻，R2與C3配合得好
，脈衝吸收效果明顯，R2與C3失配太多，不但損耗加大，還會輻射電磁波而使EMC過不了關。經測試

，該網絡的損耗小於0.4W。要注意，該網絡的設計是與電源芯片、工作頻率、變壓器的設計有關的，不能應用於所有開關電源的電路。

由於二次整流管在工作時會產生尖脈衝
，在輸出中會疊加雜波
，並且還會輻射電磁波而使EMC難過關，故要在二極管兩端並聯尖脈衝吸收網絡R8與C8，圖一中C8為22000PF100V的瓷片電容、R8為56歐姆0.5W的碳膜電阻，此吸收網絡也是有一定功耗的，C8越大R8 越小
，損耗越大。

圖一尖脈衝吸收網絡的功率損耗小於0.25W。同樣要注意
，吸收網絡的設計也與電源芯片
、開關頻率、肖特基二極管的特性、變壓器的設計有關的。

阻波電感L2能使輸出紋波減小，一般是用漆包線在6毫米粗的磁棒上繞8到16圈。要注意，由於要通過大電流，故漆包線要粗，圈數不要太多
，以免產生過大的壓降而增大損耗。圖一中的 L2的電感量為12uH
，用粗0.8毫米的漆包線繞製，至於繞多少圈，要視磁棒的磁材料參數而定。

L2的設計與電源的工作頻率、輸出電流有關。特別提醒大家注意的是
，DC輸出線（圖中未畫）一定要達到或超過3A，否則，由於通過的電流大，可能在DC輸出線上產生的功率損耗是最大的冤大頭。

DC輸出線在電源適配器中的價格比重較大
，不少生產商會降低其載流量而減少成本，結果會使效率得不到保證。

本人按照圖一電路參數設計的反激式開關電源
，在國內標準輸入電壓（220V50Hz正弦交流電）下，在輸出功率的25％測試時，輸出紋波為45mVpp，效率是83.4%；在輸出功率的50%測試時
，輸出紋波為48mVpp

，效率是83.8%；在輸出功率的7 5%測試時，輸出紋波為53mVpp，效率是84.5%
；在滿載輸出功率測試時，輸出紋波為58mVpp
，效率是84.8%。待機功耗小於0.4W。符合 CEC（美國加州）“能源之星”法案Table U-2（2008年1月執行）綠色開關的要求。

開關電源設計工程師要有深厚的理論功底和豐富的設計經驗以及注意設計細節等才能達到美國加州能源之星法案Ⅳ等級的設計要求。然而
，符合“能源之星”delvsekaiguandianyuanbuyidingshiyouzhidianyuan，haiyaoqiuqitacanshufuhe
，lvsekaiguandianyuanzhishizaiyuanlaidekaiguandianyuancanshushangtigaoleyouguannengxiaodecanshubiaozhuneryi。

隨sui著zhe人ren們men低di碳tan生sheng活huo的de需xu求qiu，開kai關guan電dian源yuan的de能neng效xiao要yao求qiu會hui越yue來lai越yue高gao
，開kai關guan電dian源yuan的de設she計ji難nan度du也ye會hui越yue來lai越yue大da，這zhe就jiu要yao求qiu開kai關guan電dian源yuan設she計ji工gong程cheng師shi不bu斷duan更geng新xin知zhi識shi，熟shu悉xi新xin材cai料liao
，學xue習xi新xin技ji術shu，掌zhang握wo新xin工gong藝yi，對dui技ji術shu精jing益yi求qiu精jing，這zhe樣yang才cai能neng設she計ji出chu高gao品pin質zhi的de綠lv色se開kai關guan電dian源yuan。