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【讨论】开关电源损耗和发热量讨论

             最近搞了几款机子,出现的问题是产品90V满载的时候40烤箱温度过不了安规,搞了好久好郁闷啊,最后终于弄好了,终于找到了问题所在,可是有一些解决了还有一些还没有解决

1。桥堆的问题,桥堆的正向压降在1V左右,当产品在90W,90v的时候桥堆的电流最大约为1.2A左右,消耗在2W左右。

2。PFC电路很多电路避免不了在直流段需要一个LC滤波器,经过计算要是跟随式的PFC电路在峰值电流大概有4A左右,平均电流在2A左右,造成L损耗很大,实际测试在40度的时候L温度有,122度,5需要增加线径到。损耗大概在0.5W左右,可能不准。

3。pFC整流的二极管一般使用MUR460,正向压降在1.2-1.6之间变化,在PFC低压段输出电流大概在0.5A左右,消耗在1W左右。

4。PFC主MOS消耗,使用0.8ohm的MOS消耗在0.8W左右。

5。PWM的MOS消耗,大概在0.5W左右。

6。变压器效率在98%左右。

7。二次侧整流管压降Vf=0.8-0.7左右,输出4.73A,使用20100两颗,大概消耗在4W左右。

8。LF1和LF2电阻消耗,0.4ohm的电阻来算,大概消耗0.8W左右。

9。变压器线损。

以上总消耗9.6;

变压器消耗在2W左右(90W的时候使用PQ3220磁芯),线损0.6W左右。

总计消耗12.2W,所以输出90W输出功率;输入功率大概在102.2W

 

实测值,输出90W的的产品24V  3.75A

90V  输入功率103.2W   PF=0.998  输出24.05V 3.75A

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cheng111
LV.11
2
2011-11-03 23:34
然后呢?最近也有一些关于MOS管开关损耗讨论的帖子。
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2011-11-04 00:44
期待继续
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2011-11-04 08:11

学习了,算得太精了,跟我现在做的100W差不多

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2011-11-04 09:15

很好,做电源就是要仔细分析损耗分配。我有些不同看法,说出来讨论

1.  通过整流桥的电流是要流经2个二极管,90V  输入功率103.2W时,电流有效值1.147A,如果每个二极管压降0.9V,功耗2.06W;如果二极管压降1V,功耗2.3W。此项功耗是可以准确计算的。

2.  L滤波器有82℃温升,功耗应该大于0.5W。可以单独给L通直流电,作对比试验,在相同温升时得到L的功耗。

3.  PFC整流的二极管功耗。因为MUR460的整流电压是400V,输出功率约100W,所以整流电流平均值0.25A,有效值约0.3-0.4A,此时正向压降约0.55V,导通功耗约0.2W。如果此管温升高,主要还是开关功耗(即反向恢复问题)

4.  PFC主MOS的功耗主要是导通功耗,输入90V和220V时差别很大。

5.  PWM的MOS功耗应该明显大于0.5W,如果0.5W,散热器可以不要。

6.  变压器PQ3225的功耗如果2W,温升会很高。线损较大,磁损较小。

7.  每颗20100的平均电流约2.4A,有效值约3-3.5A,压降(100℃)0.5V,两颗总功耗约3.5W。

 

 

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2011-11-04 09:42
@世界真奇妙
很好,做电源就是要仔细分析损耗分配。我有些不同看法,说出来讨论1. 通过整流桥的电流是要流经2个二极管,90V 输入功率103.2W时,电流有效值1.147A,如果每个二极管压降0.9V,功耗2.06W;如果二极管压降1V,功耗2.3W。此项功耗是可以准确计算的。2. L滤波器有82℃温升,功耗应该大于0.5W。可以单独给L通直流电,作对比试验,在相同温升时得到L的功耗。3. PFC整流的二极管功耗。因为MUR460的整流电压是400V,输出功率约100W,所以整流电流平均值0.25A,有效值约0.3-0.4A,此时正向压降约0.55V,导通功耗约0.2W。如果此管温升高,主要还是开关功耗(即反向恢复问题)4. PFC主MOS的功耗主要是导通功耗,输入90V和220V时差别很大。5. PWM的MOS功耗应该明显大于0.5W,如果0.5W,散热器可以不要。6. 变压器PQ3225的功耗如果2W,温升会很高。线损较大,磁损较小。7. 每颗20100的平均电流约2.4A,有效值约3-3.5A,压降(100℃)0.5V,两颗总功耗约3.5W。  
学习啦,自己还没有这么精确的计算过损耗。每次只考虑一个大概。
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2011-11-04 10:02
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易已易
LV.4
8
2011-11-04 10:15
@电源网-源源
[图片]
学习了,谢谢分享
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sense725
LV.2
9
2011-11-04 10:50
@世界真奇妙
很好,做电源就是要仔细分析损耗分配。我有些不同看法,说出来讨论1. 通过整流桥的电流是要流经2个二极管,90V 输入功率103.2W时,电流有效值1.147A,如果每个二极管压降0.9V,功耗2.06W;如果二极管压降1V,功耗2.3W。此项功耗是可以准确计算的。2. L滤波器有82℃温升,功耗应该大于0.5W。可以单独给L通直流电,作对比试验,在相同温升时得到L的功耗。3. PFC整流的二极管功耗。因为MUR460的整流电压是400V,输出功率约100W,所以整流电流平均值0.25A,有效值约0.3-0.4A,此时正向压降约0.55V,导通功耗约0.2W。如果此管温升高,主要还是开关功耗(即反向恢复问题)4. PFC主MOS的功耗主要是导通功耗,输入90V和220V时差别很大。5. PWM的MOS功耗应该明显大于0.5W,如果0.5W,散热器可以不要。6. 变压器PQ3225的功耗如果2W,温升会很高。线损较大,磁损较小。7. 每颗20100的平均电流约2.4A,有效值约3-3.5A,压降(100℃)0.5V,两颗总功耗约3.5W。  
学习了,算得可真细
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zvszcs
LV.12
10
2011-11-04 10:52

这种估算相当不准确,不能直接用电压乘以电流来算,还有占空比啊,反向漏电流等

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2011-11-04 15:30
@zvszcs
这种估算相当不准确,不能直接用电压乘以电流来算,还有占空比啊,反向漏电流等
期待大侠开课,呵呵
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wangbo0227
LV.8
12
2011-11-06 14:53
@世界真奇妙
很好,做电源就是要仔细分析损耗分配。我有些不同看法,说出来讨论1. 通过整流桥的电流是要流经2个二极管,90V 输入功率103.2W时,电流有效值1.147A,如果每个二极管压降0.9V,功耗2.06W;如果二极管压降1V,功耗2.3W。此项功耗是可以准确计算的。2. L滤波器有82℃温升,功耗应该大于0.5W。可以单独给L通直流电,作对比试验,在相同温升时得到L的功耗。3. PFC整流的二极管功耗。因为MUR460的整流电压是400V,输出功率约100W,所以整流电流平均值0.25A,有效值约0.3-0.4A,此时正向压降约0.55V,导通功耗约0.2W。如果此管温升高,主要还是开关功耗(即反向恢复问题)4. PFC主MOS的功耗主要是导通功耗,输入90V和220V时差别很大。5. PWM的MOS功耗应该明显大于0.5W,如果0.5W,散热器可以不要。6. 变压器PQ3225的功耗如果2W,温升会很高。线损较大,磁损较小。7. 每颗20100的平均电流约2.4A,有效值约3-3.5A,压降(100℃)0.5V,两颗总功耗约3.5W。  

1.整流桥堆在不同电流下压降不一样,还有MUR460也一样(因为MUR460在90V  40度满载测试温升就有125度左右,在不同温度和电流下压降也不一样,不能使用有小电流来计算,那样算出来的比实际损耗小。

2。滤波器好像在温度不一样的时候电阻值也不一样,不过相差不是很大,我是直接使用1.5A 和3A和6A的电流短路LF1来测试计算滤波器电阻值的。

3。PFC的MOS损耗我是使用6563里边设计指导计算公式算出来的,和实际算出来的有点不一样。

4。输出整流的肖特基在不同电流和温度下压降也不一样,损耗比使用有效电流计算的要大,因为3.7A的产品峰值电流在9.6A左右。

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wangbo0227
LV.8
13
2011-11-06 14:57
@zvszcs
这种估算相当不准确,不能直接用电压乘以电流来算,还有占空比啊,反向漏电流等
当然上面的计算忽略了MOS关断时电流和电压重叠部分的损耗,也忽略了肖特基和二极管反向恢复引起的损耗,也没有计算RCD电路损耗。不过上面计算能基本上计算出电源损耗在那里,想要提高效率就要从哪些方面入手啊。
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wangbo0227
LV.8
14
2011-11-06 15:01
@萍水相丰
期待大侠开课,呵呵

桥堆消耗功率不小,整流管在4A输出的时候消耗也和大,其实MOS和变压器消耗远在桥堆和肖特基之下(90V输入满载的时候,220V输入的时候桥堆消耗基本上减小了很多)

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tony_dai
LV.8
15
2011-11-07 16:16
飘过,从整体各个元器件都谈到,不错。顶
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a364796575
LV.6
16
2011-11-07 16:41
@tony_dai
飘过,从整体各个元器件都谈到,不错。顶
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pintech1
LV.1
17
2011-11-08 15:29
@a364796575
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wangbo0227
LV.8
18
2011-11-08 21:00
@pintech1

这几天突然有一种想法,因为产品的外壳基本上是密封的,产品内部产生的热量都是通过外壳来把热量散发出去的;那么表面积一定的外壳是不是有一个散热的极限功率呢。前几天我的90W产品在90V 40度的时候内部温度超标,经过很多改善终于将产品的效率提高了一点点,由原来的10W消耗减小为9W。所以产品温度过了;是不是就是说那个外壳最大能消散的功率为10W呢,

以此类推假如你的产品是150W,效率是95%那么输入功率是158也就是说,内部产生的无用弄是8W那么就是说,150W的产品也能使用90W的外壳,来做。

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wangbo0227
LV.8
19
2011-11-08 22:34
@电源网-源源
[图片]

欢迎发表意见。

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2011-11-08 22:49
@wangbo0227
这几天突然有一种想法,因为产品的外壳基本上是密封的,产品内部产生的热量都是通过外壳来把热量散发出去的;那么表面积一定的外壳是不是有一个散热的极限功率呢。前几天我的90W产品在90V40度的时候内部温度超标,经过很多改善终于将产品的效率提高了一点点,由原来的10W消耗减小为9W。所以产品温度过了;是不是就是说那个外壳最大能消散的功率为10W呢,以此类推假如你的产品是150W,效率是95%那么输入功率是158也就是说,内部产生的无用弄是8W那么就是说,150W的产品也能使用90W的外壳,来做。
你说的这个外壳散热的极限功率不懂?具体什么意思。我觉得外壳散热好坏应该与电源内部的发热情况、散热体的材质和使用环境或者使用场合有很大关系。
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wangbo0227
LV.8
21
2011-11-08 22:57
@笨小孩1114
你说的这个外壳散热的极限功率不懂?具体什么意思。我觉得外壳散热好坏应该与电源内部的发热情况、散热体的材质和使用环境或者使用场合有很大关系。

一般大功率产品都是内部的散热片,把热量传给外壳,然后由外壳把热量通过空气散出的,散热的有两个参数,一个是材质,一个就是表面积,当材质一定的时候,是不是散热之和表面积有关啊,一般情况下电源都是在90V满载环境温度40度的时候,温度最高,那时候好像产品效率最差吧。

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2011-11-08 23:14
@wangbo0227
一般大功率产品都是内部的散热片,把热量传给外壳,然后由外壳把热量通过空气散出的,散热的有两个参数,一个是材质,一个就是表面积,当材质一定的时候,是不是散热之和表面积有关啊,一般情况下电源都是在90V满载环境温度40度的时候,温度最高,那时候好像产品效率最差吧。
我明白你的意思啦,你是说散热体的表面积越大,散热效果越好啊。这种判断方式不知是否合理?也没有验证过。这么大功率的没做过。俺现在做的都是中小功率的。
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5846162
LV.5
23
2011-11-09 21:49
@zvszcs
这种估算相当不准确,不能直接用电压乘以电流来算,还有占空比啊,反向漏电流等
那应该要怎么样计算呢?比如PFC MOS管和PWM MOS管,变压器,肖特基二极管等,能把公式例出来学习下吗?
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hhqdaniel
LV.4
24
2011-11-10 15:58
@笨小孩1114
我明白你的意思啦,你是说散热体的表面积越大,散热效果越好啊。这种判断方式不知是否合理?也没有验证过。这么大功率的没做过。俺现在做的都是中小功率的。

呵呵,想到一块去了

我当初曾经在壳里面放了个大功率电阻一直通电加热测壳体温度,不过很是不准确。

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wangbo0227
LV.8
25
2011-11-10 21:35
@5846162
那应该要怎么样计算呢?比如PFCMOS管和PWMMOS管,变压器,肖特基二极管等,能把公式例出来学习下吗?

这些IC的承认书或设计指导里边有写啊,MOS计算主要计算上升段,导通段,关断段;

变压器分铁损和铜损,铁损在磁芯承认书上有写,铜损主要看你铜线电阻使用最基本的P=UI计算或P=U*U*R;肖特基和桥堆,因为不同电流的时候压降不一样,所以准确计算比较难,一般我都是按照最大压降来计算的,那样计算出来的损耗会大一点,反正基本上你使用上面的两个基本公式都能基本算出来,和实际测量出来的差不了多少。。

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wangbo0227
LV.8
26
2011-11-10 21:38
@hhqdaniel
呵呵,想到一块去了我当初曾经在壳里面放了个大功率电阻一直通电加热测壳体温度,不过很是不准确。[图片]
我也有那样的想法,想使用电阻代替,然后就让电阻消耗一定的功率看看外壳温度,不过一般大功率产品温度都是通过散热片直接接触外壳来吧温度散出去的,所以不怎么好做啊。今天测试了一个150W的LLC    AC230V的时候效率确实是95%,
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cheng111
LV.11
27
2011-11-11 11:15
@wangbo0227
这几天突然有一种想法,因为产品的外壳基本上是密封的,产品内部产生的热量都是通过外壳来把热量散发出去的;那么表面积一定的外壳是不是有一个散热的极限功率呢。前几天我的90W产品在90V40度的时候内部温度超标,经过很多改善终于将产品的效率提高了一点点,由原来的10W消耗减小为9W。所以产品温度过了;是不是就是说那个外壳最大能消散的功率为10W呢,以此类推假如你的产品是150W,效率是95%那么输入功率是158也就是说,内部产生的无用弄是8W那么就是说,150W的产品也能使用90W的外壳,来做。
如果体积可以,就使用。
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wangbo0227
LV.8
28
2011-11-11 21:56
@cheng111
如果体积可以,就使用。
LLC的那个电源使用了两个电感PQ2620  RM10 和一个变压器PQ3220,体积搞不小,因为是分立电感,所及机子好调试一点,。散热片很小基本上也都不怎么发热。
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2011-11-11 21:59
@wangbo0227
LLC的那个电源使用了两个电感PQ2620 RM10和一个变压器PQ3220,体积搞不小,因为是分立电感,所及机子好调试一点,。散热片很小基本上也都不怎么发热。
根据适用场合,环境条件等折中考虑,使性能发挥到最佳就OK啦!
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zvszcs
LV.12
30
2011-11-11 22:02
@笨小孩1114
根据适用场合,环境条件等折中考虑,使性能发挥到最佳就OK啦!

什么都是浮云,关键要卖的好,卖好价钱,返修率低

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wangbo0227
LV.8
31
2011-11-11 22:05
@zvszcs
什么都是浮云,关键要卖的好,卖好价钱,返修率低[图片]

可是很烂的产品,客户看到了应该不怎么愿意买吧,我画饿PCB不论怎么画,看着都很不好看,我们之前有一个很厉害的人产品调的超好,PCB板怎么看都漂亮。不知道什么时候能达到那种水平啊。

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