开关电源中“黑箱”的考虑

　　在初设计阶段，首先要考虑开关电源的一些主要参数，这有助于设计者确 定自己所选的拓扑是否正确，也便于提前预定实验板所需的元器件。同时可以知 道接下来的设计所需的一些非常重 要的参数。关于如何对“黑箱”进 行估计，设计者只要知道设计指标 中的一些外特性参数就可以了。接 下来就把要设计的电源当成一个黑 箱看待，在这个黑箱里，只定义输 入和输出（见图3-17）。

　　下面就是一些参数估计：

　　1.输出功率

　　尸。ut =〉： （ Kut （m） ？。ut （m））

　　2.输入功率

　　p

　　P ^ out

　　111 _ 7-t

　　式中‘——估计的开关电源效率。

　　3.平均输入电流

　　^in（avHnom） = 7/~（3 _ 11）

　　^ inCnom）

　　式中，下角标“nom”表示额定值。

　　在输入电压时，就可以解出的平均输入电流。设计者根据这个值决 定变压器绕组或电感中的导线尺寸。

　　4.输入峰值电流

　　这个参数完全是由事先选定的拓扑决定的。

　　bp

　　/Pk = y^-0-12）

　　V in （min）

　　式中，A： = 1.4 0（寸于Buck电路、推挽电路和全桥电路）。

　　& = 2.8 （X寸于半桥电路和正激式电路）。

　　5.5 （对于 Boost，Buck-Boost 和反激式电路）。

　　峰值电流的确定有助于反激式电感和变压器的设计，对于正激式电路，电感 和变压器的设计这时还无法确定。

　　5.选择功率开关管和整流电路

　　每一种拓扑都可以估计出开关管和整流电路上的电压、电流应力，这些估计 有90%的可信度。设计过程中，可以在这个阶段选好开关管，从而节约宝贵的 时间，以避免在需要时要等待。表3-2的公式实际上可能有些保守，但应用中还

　　是可以根据这些公式计算的。

　　表3-2估计功率半导体器件重要参数的值

　　拓 扑双极型功半开关MOSFET功申。丌关整流器

　　^I）S$/i）h

　　Buck电路^outitVi？Auit

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

　　;，in （mill）ill （min）

　　Buck-BoosL 电路^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

　　单管爪激式电路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

　　半桥电路2P？t ^in （min）n，2P〇ut 1？i“（…i”）2 V；，，^ in if

　　全桥电路41-2P，h1（2V；utit

　　卩 in （min）^in （miix）

　　6.估计器件的损耗（这项是可选的）

　　PWM开关电源各个部分的相应损耗有些足可以根据经验事先进行佔计。损 耗的比例3然也受设计者的设计方法所影响，在这个阶段，我们想耍得到的只是 一个比较接近的估计值。表3-3给出了各个主要拓扑的典型效率和丌关管到整流 输出各部分损耗rV总损耗的H分比。

　　表3-3各种拓扑“黑箱估计”的损耗

　　拓 扑儿关类耶整休佔汁 效率（％）估计各部分损耗占总损耗的1分比P CO

　　功率j h关 和驱动（％。）输出核 流器（％）磁性元件 （%）九：他 （%）

　　双极型MOS

　　Buck电路X72424855

　　X76355555

　　Boosl？电路X74553555

　　X77484255

　　Buck-BoosL 电路X74553555

　　X77484255

　　反激式屯路X75444655

　　X78335755

　　爪激式电路X74444655

　　X77335755

　　推挽式屯路X69504055

　　X72405055

　　半桥电路X69484255

　　X72405055

　　全桥电路X65504055

　　X70405055

　　如果要确定电源各部分相应的损耗，可以W下面公式计算：

　　尸“：k丨）二尸m （l - 7j） P （%）（3-13）

　　式屮——设汁部分损耗占电源总损耗的百分比的典型估计值（见表3-3）。

　　如果拓扑中有多个功率开关，那么issUl）要乘以相应的系数：对于推挽式 电路和半桥电路，该系数为0.5 （50%）;对全桥电路，该系数为0.25 （25%）。

　　在多路输1丨丨的开关电源屮，佔计每个输丨I1，整流部分的损耗，要根据这部分输 丨丨丨功率占总功率的比例来进行佔计，可依据式（3-14）计算。

　　P山产 Pm （l-Tj）（3-14）

　　OUl.

　　这些损耗的数据可用来决记要采用何种相应的平。导休封装。更确切地说，用 这呰数据来判断半导体器件是杏要贴到散热片上去，也可以估汁所需散热片的大 小。

　　整个设计程序中，黑筘的估计部分到这里就完全结束了。我们可以看出，对 这些参数进行估计，可以得到一些非常有用的倍息。