陳禹哲

摘 要：開關電源是工業(yè)領域中常用的設備，在技術水平的提升下，開關電源的熱設計水平也得到了有效提升。開關電源是由多種元器件組成的，每一種元器件的熱功能都存在差異，其共同影響著開關電源的功耗，繼而影響到開關電源的工作效率。開關電源是由不同的元器件組成，每一種元器件的功耗都是存在差異的，在設計過程中需要綜合考慮各類問題。該文主要就開關電源主要元器件的功耗問題進行分析。

關鍵詞：開關電源 元器件 功耗問題

中圖分類號：TN86 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2016）12（c）-0031-02

在微電子技術的迅速發(fā)展下，開關電源憑借其小功率、小體積、高效率、高輸出穩(wěn)定性的優(yōu)勢，在通訊、自動化、計算域領域中得到了廣泛應用。開關電源是由不同的元器件組成，每一種元器件的功耗都是存在差異的，以下就針對具體元器件的功耗問題展開分析。

從工業(yè)革命發(fā)明電源至今，有過很多次的變革更新，過去應用電源是線性材質(zhì)的，是互相控制的電源共同組成的電組，通過這些發(fā)展成現(xiàn)在的實際應用中的開關的電源，隨著科技不斷進步，因人們對效率要求不斷提高，隨之而來的就是功率的提高、用電效率的增加、用電功率的提高，現(xiàn)如今的人類生活對開關電源的需求和要求變得越來越低，但是對開關電源的熱能性質(zhì)的分析要求是逐漸變高。

有相關專業(yè)的資料文獻記錄，電子器物類的物品如果自身溫度每提升2 ℃，自身可靠性就會隨之下降將近10 %；如果自身的溫度提高50 ℃的時候與溫25 ℃的相比使用壽命就會下降17%?？梢娺@類高密度開關性質(zhì)的電源是一種擁有強大功率產(chǎn)生熱度的器件，相應的溫度更是可以影響其可靠性能的關鍵環(huán)節(jié)，由此可以看出來，關于溫度抗熱方面的設計成為電源開關類產(chǎn)品的關鍵注重點，這方面的設計也會直接關系到電源能否可以長久工作、能不能穩(wěn)定工作。由此可以推出，熱性能設計是開關類電源設計過程中不能忽視的一個重點環(huán)節(jié)，這也直接影響到這件產(chǎn)品的成功與否，科學的熱設計性能是產(chǎn)品設備運行過程中可靠的基礎。

所以，開關電源的熱性能設計從設計最原始就是一個必須考慮的問題，不管是什么產(chǎn)品，一個好的設計都是要先對其主要關鍵部件的關鍵問題著手，主要的發(fā)熱原件和功耗都需要一個科學的估算，這對開關電源的部件設計整體性能和逐漸冷卻的過程原理有著非常優(yōu)良的指導意義，因此，需要得出準確數(shù)據(jù)后再進行設計。

1 開關電源的主要構成結構

開關電源工作過程中主要的部件是開關管、整體的二流管、變壓器件還有整體電感。其實整個過程中采用的是階段性分段折線的處理方式，因為在實際的電流電壓形成過程是非常復雜的，而一個開關的總體消耗功率是這個階段總和周期的功耗4倍，在一個開關管關閉的時間內(nèi)，集成組合電極的電壓為一整次整流鋁箔后的直流電壓，在開關導管的接通過程中極電電極的電流是從1增加到2的一個過程。在開關電源的設計過程中，需要重點關注的問題就是輸入級濾波整流，輸入濾波應用的是EMI濾波器，主要由差模電容、共模電容以及共模扼流圈組成，在共模噪聲電流通過繞組時，扼流圈就會出現(xiàn)高阻抗，抑制共模噪聲。

2 關于開關管的功耗消耗

我們都知道，一個開關管的工作過程可以分為四個環(huán)節(jié)，分別是開通過程、關斷過程、導通過程、截至過程。關于開關管工作的過程中形成的電壓電流的弧度波形是分階段的，每個階段時間都是需要不同的字標來記錄過程的，在一個開關管從關閉截至狀態(tài)到通電導電過程中電壓上升的這個時間點，或者是在導通轉通過程截至之后電壓的下降時間點，開關管的相應電流是不會立即下降的，不會從第四階段直接下降到第一階段，而是通過某種斜率來逐漸從上往下逐漸慢慢往下降低或者往上上升，這樣就會在開關過程中產(chǎn)生相應的開關損耗和關閉損耗，根據(jù)相應的電流波形就可以看出在開關管的電壓上升過程中，起止的電壓和電流都是不一樣的。在下降期間電壓和電流有一個表現(xiàn)公式，在開關管開通的時候又是另一個表現(xiàn)公式，相應的在開關管關閉的過程中又會有一個新的公式。

目前來看，新研究出的大功率的開關管的設計生產(chǎn)手段都非常完善成熟了，就算在晶體管的表體溫度達到將近100 ℃的時候，功率只會到達1～3 V。一般當電壓為220 V的時候要整體直接流率之后變成直流的電壓，其中的值為330 V左右，約為百毫安內(nèi)到數(shù)安內(nèi)，應該考慮將到開關管在導通階段之內(nèi)的損耗降到最低。

3 整體二極管的耗損

在整體二極管的通電耗損過程中分為兩種功率耗損，分別為：正向耗損和反向負壓耗損。當二次整體二極管的向上電源變成負數(shù)的時候，由于二極管內(nèi)的電壓電流不會變成零，而是通過一個存在的方向截止，這就會引起整體二極管耗損問題。此外，開關電源工作在高頻狀態(tài)，因而其分布電容不可忽略。一方面，散熱片與開關管的集電極間的絕緣片，由于其接觸面積較大，絕緣片較薄，因此，兩者間的分布電容在高頻時不能忽略，高頻電流會通過分布電容流到散熱片上，再流到機殼地，產(chǎn)生共模干擾；另一方面，脈沖變壓器的初次級之間存在著分布電容，可將原邊電壓直接耦合到副邊上，在副邊作直流輸出的兩條電源線上產(chǎn)生共模干擾。

4 變壓器的電感耗損

大家都熟知的變壓器，其與電感的結構組成都是相同的，這也是通過電感的耗損來表現(xiàn)的，電感的耗損是有兩個方面的：首先是通過磁芯的損耗；其次是和電感相關的損耗，也是銅材質(zhì)損耗。

所以在計算損耗的時候要分析這兩個方面的損耗，直電流的電阻產(chǎn)生是通過耗損和交流電阻產(chǎn)生耗損，直流電阻是可以通過幾波的滲透深度和繞組線徑來得到的。

該文通過對開關電的主要器件的功耗進行分析并且提出了相應的計算方法，在研究設計過程中有著相應的指導意義。可以為器物件的相應布局和冷卻的方式來選擇一定的支持，采取合理的設計方式，有助于節(jié)約開發(fā)過程中的人力時間成本，從而有效提高設計的效率和成功率。

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