200W开关电源功率级设计方案(2)

　　在讲述的设计中，通过L1的波纹电流的振幅被选定为输入电流的20%。在这种选择下，电感可以根据下列等式(5) 计算∶

　　给出的电感差不多是1mH。当RMS电流等於RMS输入电流时，L1的峰值电流是

　　在这个电流和5A/mm2的电流密度下，所需的铜线截面积约为0.58mm2。 由於高频电流仅为输入电流的20%，趋肤效应和邻近效应不是很明确。三或四条细电线并联总面积能够达到所需面积就足够了。在实际设计中，使用了三根直径为0.5mm的电线，电流密度略低於5A/mm2。L1 的磁环尺寸根据被称为磁环区域乘积Ap确定，即有效磁性截面积和绕组面积(骨架)的乘积。这个乘积很容易证明是

　　其中ACu是铜线面积，Bpeak 是饱和磁通密度(对於大多数铁氧体，≤0.35T)。fCu是铜填充因子，对於简单电感，约为0.5;对於含有几个线圈的变压器，约为0.4。确定这些数据後，L1的Ap需求值是

　　基於惯例，对大多数磁环，磁性截面积和绕组面积非常相近，需要的磁环面积为

　　因此，对於我们的应用，一个合适的磁环的Ae约为122mm2。虽然，要找到此磁截面的磁芯并不难，但电感的高度由於应用要求被限制在25mm。因此，经过一番对磁环和筒管规格说明书仔细搜索之後，选择了EER3542，它的Ae为107mm2，AW为154mm2，得到AP约为16500mm4。

　　其中AL，0是无气隙磁芯的AL(查磁芯规格书)，有气隙的磁芯的AL是1mH/1242=65nH。如果後两个值的单位是nH，Ae 的单位是mm2，那麽气隙长度s 的单位是毫米。在这次设计中，气隙长度约2 毫米。

　　3.3 Q1和D1

　　因为最高额定输入电压是265VRMS，Q1的最大漏极电压为500V 似乎足够了。但是建议使用一个额定电压为600V的MOSFET，因为经验显示这个600V MOSFET，能够承受浪涌测试，根据无损坏IEC61000-4-5标准，而500V类型则需要额外的浪涌电压限制器。同样，这对於Boost二极管也是有效的。这是因为电解质电容C5能够吸收大量能量，保护一个600V 器件，而不是500V器件。Q1和D1的峰值电流和通过L1 的峰值电流是相同的，即4.5A，而Q1的RMS 电流为∶

　　D1的RMS 电流为∶

　　尤其对於MOSFET，低功耗和峰值电流是选择某些器件的重要考虑因素。

　　经过一番计算，选择了一个最大RDSon约为0.45Ω@100℃的SuperFetTM FCP16N60。Q1 的总功耗分成传导功耗和开关功耗。传导功耗如下∶

　　开关损耗进一步分为，由於源漏电容(加上寄生电容的，例如L1 和PCB)放电导致的功耗和由於开关过程中电流和电压重叠带来的功耗，以及D1反向恢复带来的功耗。所有这三项都无法确切了解，但可以根据下面的表达式估计∶

　　FCP16N60的COSS,eff是110pF，而杂散电容Cext估计为150pF。50ns的交叉时间tcrossover 是一个合理的估计值，并且得到测量确认。二极管反向恢复导致的功耗预计为2W。最终，Q1 的总功耗是∶