【我是工程师第二季】开关电源技术革命的前景与展望

开关电源的技术革命，就是新一代的软性开关电源技术了，LLC多谐振的还不是新一代技术了，我国通合公司早在01年度就推出来了，到现在14年过去了，所以，应当属于老技术了，新一代技术指四代准谐振技术与五代全谐振技术了，在我国还是相对空白的新技术了，其实，我国非常主流的技术还是一代硬开关与二代移相硬开关，三代才是半硬半软的开关，四代五代才是真正的软开关了，许多人以为二代移相或者伪相移，我看到一款机器结构非常好，肯定大公司开发的，就是伪相移专业叫着有限双极性，使用的芯片就是3525的，就是一臂固定脉宽另一臂占空比可变脉宽，这个就是改进型的，优于固定脉宽像两块砖头一样移动调占空比了，缺点是电流大小不一样，电流小时对超前臂的时间短，如果加大电容可以减小大电流的关断损耗，但轻载时0电压丢了，够不成0电压开通了，改进的目的就是为了这个，许多人以为这个就是软开关了，其实，还是硬开关，因为，存在最大电流关断，另一臂是高电压导通了，所以是属于硬开关了。LLC多谐振技术存在环流，相对还是比较大的电流关断的，所以这个才是半硬半软开关了。

    我这里要提一下，也许，许多人知道好像到处都可以看到我一样，确实，在许多帖子发言谈论过，当然，非常脆片化，东谈一下西扯一些，我也不主动开帖子，顺风车吧。这里我也有普及一些基本的通俗的一些技术，因为，大多数还是比较基本的技术都搞不懂，当然，层次不一样 ，高级一些的希望我一五一十的毫不保留的谈好像非常神秘的新鲜的技术话题，其实，还是有底线红线的，其实，我国还是有一些人懂得一些新技术的，他们什么也不说，没有上网谈论，我搬到了网上总比没有搬上去强多了吗，这个非常自然的事情，因为，技术确实存在相当的保密性，即知识产权，艰辛不易捍卫劳动成果，相当都是不会去公开的，也许，似乎一些公开发送资料图纸满天飞就一定一文不值了，如果大家懂了知道了，掌握了，那么在先进的技术也要落后了，少了才是先进的，大家有了就是落后了，当年，移相技术号称软开关是非常先进了，现在来看就非常落后了，多了就要贬值了，少了就升值了，先进的技术稀少的东西，自然的道理了，看看，因为开关电源的门槛低，似乎外行都可以做一样，其实，这个技术可是非常非常的高深，我谈了一些，许多人根本高不懂，一窍不通了，看看那一些工具书，理解也非常困难，看懂难，并不是门槛低轻松就可以搞懂掌握的，这个就是为什么人家老早就有的技术就是过了二十年我国还相对没有，这个首先建立在LLC多谐振的，就是LLC的搞懂者也寥寥无几了，所以，改进型的LLC准谐振的技术到现在还相对没有，当然，我不敢说绝对了，因为，有人就是知道了，掌握了一些，没有上网谈，大家不知道了，误以为没有一样，不过，确实新技术高深难懂的呀，一定要知道存在的不足，我国的开关电源技术还是非常落后的现实，不是还误以为我国的开关电源技术世界最先进了，因为，我国是炒作吹牛逼的大国，确实，非常落后的。

开关电源确实一代代的里程碑了，即从一代到五代技术，我们知道，什么新一代的四代战机五代战机，电源技术也一样的，我看到一个事实，从几百瓦到3000瓦的调试电源，设备电源，我们通常干电源的双组3安5安32伏可调的，这个工频变压器功率小了，大了，目前这一类电源不少，怎么还是第一代的硬开关电路，用494与3525的芯片，3000瓦的设备非常大，暴力风机强散热，看来效率非常低成本也非常高了，目前已经进入了五代技术了，还停留在八十年代似的，仿佛时光倒转了。所以，我说了我国技术落后的不得了了，除非是一些抄袭模仿山寨的产品，但是，新一代技术没有芯片供应了，也没有介绍，所以，我国技术就停滞不前了，停留在三代技术其实还寥寥无几【自主设计的】，搞懂者非常少，其实，大家懂得硬开关技术的多，即低端低技术含量的了。

    实际出现最多的估计是一代技术，老套套的技术了，我发现如火力充电桩的那位航空通信兵说什么研发部总监连三极管都不会测量，懂得灵活一些的就是合格的工程师了，看来，确实我国现实的技术落后的不得了，那一些研发部问问一下多数什么也搞不懂了，这个在我的帖子提到的多，也许可是千真万确的呀，因为，国人报喜不报忧的多，多数吹牛逼的多，相当多都是伪科学的多，误导人的多，比如什么无桥PFC的技术非常典型的骗局，成了到处胡说八道的千方百计想得到的东西，真正新的技术没有，伪学说的多，帽子大我才不会开什么玩笑的，这个玩笑是开不得的，是这样，无桥就是同步整流了，要知道，低电压的如5伏12伏24伏48伏勉强还可以，但220伏高电压也同步整流就是瞎胡闹，违反科学规律的哪里将220伏什么同步整流了，没有任何用处，不切实际的东西，还有什么碳化硅氮化镓都是脱离现实的东西，要求是效率高成本反而降低，而不是同步提高。

    下面，我从硬开关一代技术普及基础知识通俗的技术内容开始讲解吧，因为，我们都是这里过来的，有非常多的实践经验的，如果改进型就是硬开关的效率和可靠性还是相对不错的，分一节一节的讲解，又是前后两个月时间左右。

我再说一下，一代技术效率最低，成本最高，曾经提到四代的成本最低，其实，应当是五代技术的效率最高成本最低了，二代的电路最否则，一代电路也复杂，LLC多谐振的电路简单了一些，四代五代技术的电路反而非常简单，电路那么复杂干什么呢，画蛇添脚，多余呀，其实，新技术的电路倒是简单的多了。

    我提一下，刚刚好一年时间，去年12月底600瓦有电路大大简单了，改进了，性价比又提高了，同样600瓦仿艾默生的产品19,2*19,2厘米散热器厚2,4厘米，这里2公斤多，同样的我的才0,6公斤，一概不含外壳，我的两个管子半桥，人家移相的四个管子，故我的成本大大降低了，才三分之一左右了，原来的一半左右有降低了，简单的说，我的质量不到三分之一，成本好像偷工减料一样太狠了，这个就是技术的进步，就是新技术可以大大地降低了成本，效率多少，我根本没有测试，没有必要，我是非常专业的角度上，新技术一代效率非常高，否则，那么小小的东西，大大快的散热器去掉了，换成小小的散热片，假如效率低一下子早就烧毁了，就是说效率越高设备越小，成本越低了，这个是非常常识的东西，不是开口闭口效率多少，是阶梯的一代最低，代代提高的到了五代最高了，自然的规律，同一代技术没有效率高低之分，都是胡扯，意味着效率提高的成本也同步提高了，这个不是目的，要的是效率提高了成本反比地降低了，这样，高效率高可靠性低成本小型化就彻底实现了。

    当然，现在我非常忙，就是三相电3000瓦的同样做样品，一个多月时间再花十多天时间估计就可以完成了，在上传的照片就不是一年前的了，而是心的，即我又技术升级了，效率高成本非常低，电路也简单多了，其实，高技术的电路简单的多，认为电路简单容易，其实，复杂的容易，简单的难了，一些产品的电路非常复杂，都其实是垃圾，多余的，先进技术电路就是简单多了，没有那么复杂的，电路要复杂不好，可靠性差，电路简单的可靠性高，新技术焕然一新的呀，不过，吃不到葡萄要说葡萄酸了，搞不懂想要却够不着一样，导致一些人感到烦恼一样，是不是这样的呀。所以，大家误以为电源技术简单门槛低，到处都是这么说，其实 ，门槛才高呢，甚至高的不得了了，原理就是有也不是非常高专业的人也看得可是完全一窍不通的呀，就是许多人确实井底之蛙，以为就那么简单，其实，知识多着呢，不好好学习，没有学问什么也就无能为力了，就是想也是梦想了，可望而不可即了。

大家对硬件好还是软件DSP的好，应当是这样的，硬件控制参数存在差异，这个就是很普遍的抄袭不成功，原理没有透彻，碰到问题无能为力，如果大家认为好，这个一旦得到了，那可是百分之百的，不产生硬件的参数差异的问题，弊端就是抗干扰差了一些，提高多年来的实践来看，DSP的反而故障录更高，说是一种倒退，不过可以防模仿，老外的就没法了，但是，国内的大公司都有了，因为，人才流动太频繁，而且，一些人倒卖技术发财了，还是无法完全防盗措施了，不过普通的一看傻眼了，抄袭不了了，有一定的作用，但无法杜绝倍模仿。

    如果硬件好就好在参数存在差异，形成了天然的屏障了，多少人抄袭模仿失败了，这个要是软件，就不存在差异的问题，模仿制造伪劣产品好呀，都完全做成一个样，反而才是坏事了，其实，存在软件还是普遍可以搞到，硬件搞到了，做不成或者不三不四的产品就太好了，软件反而不好地。

    昨天，东莞的模仿做房间的50瓦的除尘电源【含设备】，雾霾呀粉尘呀，pm2.5呀，矿区公路边确实粉尘大，这个除尘产品确实时髦，办公室空间大，500瓦，还有几千瓦，工业的达到72千伏1安，这里是+4000伏，0，-4000伏，抄袭模仿日本的产品，电路非常简单，完全分立，效率自然非常高，谐振电源，变频控制，人家电压非常稳定，可是模仿的稳压老是一高一低的，不时高了就打火了，解决不了特地来拜访我叫我张总，从这里可以看到硬件的抄袭模仿失败了，好处就在这里了，其实，如12伏100安的还有许多电源完全硬件，就是仅仅是一个电源，没有软件数码控制，相当相当多老外的产品几乎都失败了，打水漂了，就是硬件，没有充分搞懂原理往往不成功的，如果是软件，就不存在参数的差异问题了，有人说软件的好，方便，硬件不好，参数差异芯片器件质量问题或偏差一定就导致失败了，其实，这样子好呀，软件的不好，一旦克隆就没有区别了，成功率高，其实，这样才是非常不好的，不要给抄袭模仿方便，就要不方便，必须失败，否则，劳动者创新者得不到回报了，形成共享主义了，这个主义是不行的，有难度不容易成功靠的就是学问了，千辛万苦读书学技术，刻苦钻研技术技能，掌握学问代价的回报，才是合理的，不能不劳而获轻松就做成产品了，做成产品必须靠学问和努力与劳动付出了。

    我建议是不要原来的电路，我同样可以做谐振技术的变频的控制的，效率高的，而不是生搬硬套，灵活一些，灵活不知提到多少遍了，还是我设计的电路来替代吧，效果应当是一样的，只要电压稳定就可以了，否则要打火的，电路还是自主创新的方案吧。

Mr 张，我有疑问：你的1-5代技术，为什么连最简单使用最广泛的反激都没有？？？

我回答一下，似乎都是桥式电路，其实，反激的单端的单管双管的电路不少，我在01年的发表了论文就是单端ZVT即0电压过度的软开关，但是，好像单端的变压器利用率低，占空比丢失多，效率还是不如桥式的，适合小功率的，大功率一概桥式的多，就是性价比高了，如1200瓦的一篇文章反激的性价比就低了，因为是太高深搞不懂了。

    其实，硬开关的桥式的还是反激的也可以获得比较高的效率，环流是产生效率降低的一方便原因了，我的论坛里提到，同样，适用硬开关的，这个就是我下面要谈论的话题了，我这一段时间忙于3000瓦三相电场合，都是小小的散热片了【自冷条件】，比我一年前的提高了升级了，东西小了一半了，效果非常好，才知道新技术的潜能了，在十来天估计就可以完成了，五一之前一定要完成的。

    反激也有一种叫着准谐振技术，但与桥式的准谐振有区别的，这种也是靠变频率控制的方案，总之，谐振技术一概是变频率的，我们做的都是固定频率的，不是现在技术的技术固定频率的，知道吗。

    我下一半上传的600瓦与3000瓦的一概是一年前的一半左右，故成本又降低了，更加实用了，所以，开关电源的技术有非常非常的奥秘，大家搞不懂了，有好多好玩的东东了，才是高技术含量了，如今，过剩的是低端低技术的价格战的产品，高端一些的失守，所以，创新驱动确实太对了，升级转型就是新一代的技术的应用了，落后形成落差，这个有价值了，习近平说的传统产业只要掌握一流技术就是朝阳产业，太真实，千真万确了。

Mr 张，占空比丢失是啥意思？是指环路不稳，出现大小波么

技术讲解第一节；硬开关如何减小损耗提高效率，无论桥式的还是反激的，环流是无用功电流，主要体现在漏电感，LLC的两个L的其中一个是并联的，都存在环流，环流简单地说，40瓦电感器日光灯的电流是0,4安，按照40/220=0,18    0,4/0,18的平方就是5，那么，损耗是电阻的5倍了，损耗大多了，就是这么一个道理了。

    通常，输出电压越低的漏电感越大，越高的漏电感越小，如输出240伏与24伏12伏的漏电感书大相径庭，然而，变压器绕法好像一概都是一样的，有一些千篇一律了，其实，严格区别，通常所谓的三明治，240伏的内外二明治的漏电感非常小，12伏不要说三明治就是五明治的漏电感还是比较大的，许多人效率做不高的原因也在这里了，漏电感大的环流也非常大，损耗就非常大了，效率就低了。

    那么，如何减小漏电感，如瑞凌电焊机100千赫的绕法就是一层初级一层次级，若干层，初级次级一概并联实现比较低的漏电感的环流就比较小了，这个就是为什么100千赫比较高的频率的硬开关用3525的芯片的效率仍然比较高的原因了，好像比一半做的效率高了一些的秘密就在这里了。这个电压焊接是28伏左右，指160-200安左右，那么，24伏输出的与28伏接近了。

    就是说，漏电感最小的绕法就是骨架一层过去就是初级的头尾端了【再确定导线直径】，二层同样多股双线，也一层绕完，单数初级双数次级直到绕满整个骨架，初级与次级一概全部并联，注意，这样的绕法容易差错，如果某一层重要差一砸，就是一砸短路了，是不行的，所以必须非常注意。这样往往可达九明治【或上下】，从而实现了低漏电感了，做100千赫的电焊机的变压器也是这么做的绕法了，其实，九十年代清华大学出来的一帮人，从理论知识知道这样的漏电感小效率高，听说管子的RC吸收甚至都可以不要了，这样的环流小效率高了。那个年代流行硬开关技术，刚刚出现移相，基本都是硬开关的电路。

    其实，漏电感越小的吸收器也越小，损耗就小了，漏电感越大的吸收也越大，而且，开关驱动速度必须降低，否则，要爆管的。但吸收大了，驱动慢了，损耗自然就比较大了，效率就比较低了，所以，掌握了这么一个秘诀的效率是比较高的。

    同样，反激电源12伏的电源不少，开关管的损耗非常大了，功率还是出不来，效率就非常低了，如果可以尽可能降低漏电感，效率就可以大大地提高了，效果可以立竿见影的，效率一下子就提高不少了。

    当年，我做过24伏1200瓦的电源，变压器就是这么绕的，效果非常不错，用PQ5050的磁芯变压器，温度低。

    如果变压器的漏电感小的损耗小，漏电感大的损耗大，变压器温度与漏电感有非常大的关系，漏电感小的变压器的利用率就大大提高了，变压器体积效率，开关管的损耗小了，都是连带的关系。

张工在哪高就啊

上面两个图，明天我详细说明，这里我简要说一下，上一个图是驱动保护电路，我发表的论文【开关电源驱动保护二合一电路】1999年，这个过流保护电路非常有效，反应非常快，无线电用管即9014,9018，比3845电流型的还要快了，高速，这样，不要3845,3842，用3525,494都可以，替代电流型的，非常管用，3845【3842】的存在一个问题是，电阻采用存在电感，大功率根本就不行了，这里再大的功率都不是一个问题了，工作原理我明天讲解。要知道，升压电路降压电路非常多，多数人只知道电流型的用，功率不大，大功率没有电流型的怎么办，这里，无论电流多大，一概不是问题了。

    下一个图是驱动电路，关断由于两个三极管放大，故关断加快了减小关断损耗，而且，要知道开关管驱动存在损耗，如频率高了，开关管大规格的结电容大，这样，二极管将损耗正好减小一半了，否则，克服结电容以及变压器驱动因为结电容大慢了，这里就加快了，就是这么一个作用了，下一帖我具体讲解原理了。两个图下一次论述，等待，，，

我的上一个图就是典型简单实用的过流保护电路图，来自PWM芯片的或者是变压器驱动电路增加的都可以，驱动信号左上R1C2的时间是，0,2-0,3微秒左右，时间非常短，相当于开关管驱动上升的时间了，正好是这个时间，如果时间短了，不产生输出信号驱动了，开通产生了，D4二极管导通压降是开关管的DS了，如果假如采用IDFP460的参数是20安，0,27欧，设计过流15安的压降是0,27*15=4伏，D2二极管压降0,7伏，选择的稳压管电压应当是3,3伏0,5瓦，参考开关管内阻电流适当选择，如果是低电压低内阻的开关管的稳压管采用发光管1,3-1,5伏当稳压管，可以发光显示，一目了然。当过流压降高了，D4二极管反向截止了，这时电阻R1对三极管Q3导通了，图腾柱输入因为导通电位低没有输出驱动了，所以，自然关断了，尽管这时仍然有驱动信号，但是已经没有对开关管的驱动了，这个就是保护的原理，PWM截止，C2经D1[4148]放电，图腾柱输入也经二极管D5压到低电位了，说明一下，图中是4148的压降高了一点，可选择肖特基1N3819的。VCCS是电压，芯片也采用该电压。

    这个反应速度非常快，9014,9018频率更高，但电流小了一些为50MA，9014为150或200MA，图中470欧15伏应当是30MA ,所以，9018的也可以，最好9014的电流150MA大了一些。

    图腾柱8050,8550的电流0,5安，如果开关管功率大，以及开关频率非常高，这样驱动的功率比较大，可以增加一个图腾柱即D882，B772的，即增加放大的驱动电流就非常大了，驱动的D6R5的是关断的加快电路，即开通慢一点，关断快一点了。

    下一个图是简单的功耗一半的，关断两个三极管放大，，因为，导通是直接变压器驱动，关断反向不导通，依靠偏置电阻产生的小电流两级放大之后就是大电流了，所以，关断的速度是比较快的，往往，开关速度快一些，开通的速度慢一些，这里可以选择变压器原边串联一个电阻，这样驱动开通慢了一些，关断要快选择驱动电阻小一些，就可以了。

    有什么不明白的可以提问，其实，这个电路没有说明，也可以看懂几分了也就是这么简单了，我1999年就发表了开关电源驱动保护二合一电路，里面是驱动变压器加上一个简单的过流保护电路，就可以不用电流型的芯片功能保护了，这个保护效果非常好，反应非常迅速，即高速保护电路了。

降压的占空比最大0,9，升压的占空比通常小于0,5，用3525的或者494的两个输出串联二极管，这样0,45就变成了0,9了，一个PNP管子偏置电阻可以截止了。限制占空比对升压的幅度多少，再选择占空比了，如3525的控制9腿电压调整到该占空比的电平二极管限制电压。

    这样简便的产生了电流型的控制方案了，不要3800系列电流型就可以了，稳定性非常好，否则，38系列的大功率大电流就不行了，这里就非常稳定可靠了，没有电流型的同样产生了电流型的效果了。

张工:我想问一下你13贴上说的一层就是初级的头尾端，那么外层导线长度和最里层导线长度应该相差很大，那么导线电阻应该不一样，这样感觉上应该会有问题吧？我不懂、对不明白的东西有疑问，如果说错了请多多包涵。

回复上面26帖的，其实，这种做法早在九十年代清华大学出来的人理论高老早人家都是这样做的，听说，漏电感非常小的情况下，开关管吸收器都可以不要了同样，我理论上也还可以，所以，也是这么干的，这样的漏电感小了，变换器的效率提高了，效果是非常不错的，要知道，老早人家就这么做了，包括我本人。

    提到这样会不会有问题，结果是这样，只要匝数一样没有出差就没有问题，实际是这样，同样匝数，里层的电感比外层小，里到外，电感一层比一层大，并联了电感数就一样了，中间值吧，如果偏差一匝，那么，电感数远远不对了像短路一样，电感大大减小了，就可以说明搞错了，必须重新了。

    其实，这样滴非常小的漏电感无论硬开关的还是反激的效率都可以做到非常的高，也就是说环流几乎没有了，有效值提高了，开关管损耗减小了，所以效率就可以大大提高了。

    这个就是说，一层就是初级的头尾端了，次级也是一样的，单数初级双数次级，一概分别并联，漏电感是非常小的。效率就提高了。尤其低电压或者频率比较高，漏电感与频率成正比关系了，比如瑞凌焊机100千赫的效率还是比较高的，为什么，变压器就是这样绕的，这个还是效率比较高的关键了，现实上这种变压器绕法出现的还是比较高的，如果漏电感一大，环流就大了，开关管损耗大了，效率就降低了。

    硬开关的漏电感会产生峰值电压，增大开关管电压变化率，漏电感越大的吸收器也必须越大，而且，驱动开关管的速度必须降低，否则，容易引发米勒效应产生共太导通管子就崩了，或者保护电路不够快，一下子速度太快瞬间管子就炸掉了，所以，硬开关技术往往不是那么可靠了。谐振软开关电路就非常可靠了，不要严格的保护电路就可以了。

又见到张大师发帖了，学习一下，为大师无私付出点赞

反激电源的效率如何提高一些，上面我谈了一部分，即减小漏电感可以提高效率，这里谈变压器匝数比的关系。

    在一些教科书工具书的技术介绍是输出输入匝数比是2；1，即输出次级正好提高了一倍左右，是输入的两倍了，如输入300伏的这个比例的开关管的电压是450伏，实际高了一点点，如果输入360伏【相当于交流电压260伏】，这样的电压是540伏，不过，与变压器漏电感有关，如果漏电感大的实际电压就搞一些，如果漏电感非常小就非常接近这个电压值了，所以，通常选择600伏的开关管了，这种选择是否非常好的呢，其实，占空比小了，通常0,3以下了，而3845的最高占空比是0,45，这样的占空比就比较大了，要知道占空比小的损耗比较大，占空比大的损耗就比较小了，提高占空比可以减小开关管损耗了。

    按照【集成开关电源的设计制作调试与维修】一书介绍的初级64匝，次级11匝输出12伏，那么，12/64*300=56伏，与12伏比值就是4,7了，不是两倍，近5倍了，这样的占空比只有0,2多了，显然，占空比是非常小的，损耗就比较大了，我认为必须达到0,4以上，差一倍的平方就是4倍了，所以，占空比高的损耗是大大减小的，那么，如果选择1；1呢，300伏输入就是600伏电压了，选择800伏的开关管吧，工作的占空比高了，当然，开关管的内阻大了一点点。这样的初级的选择电感量是比较大的，电感大的峰值电流就比较小了，有由于占空比高了，损耗减小许多了，有关公式，理论分析，我在下一个帖子阐述，比较长了，这里的不多谈论了，安排下一个帖子吧。我就是这样设计的效果还是不错的，也许，书本匝数比选择太高了，会迷信书本的标准答案了，又是什么难道了，是书本错了还是我搞错了，但我必须说一下，书本工具书不是绝对的概念，不要那么死板理解，不是不可挑战的，其实，我就是选择这个方式与书本有一些不一样，实际效果还是不错的，效率也比较高的，所以，不要太过死板了，该书的占空比小，电流峰值比较大，故效率没有更高，我的还高了一些了。如果与书本一样，那么，我就不会再这里重复了，知道吗。

为什么占空比小，开关管损耗大？

占空比小，导通时间短，开关管的导通损耗不是小了？