脈沖電流造成的共模電感T的內(nèi)阻損耗加大適當(dāng)設(shè)計(jì)共模電感，包括線徑和匝數(shù)2、放電電阻上的損耗在符合安規(guī)的前提下加大放電電阻的組織3、熱敏電阻上的損耗在符合其他指標(biāo)的前提下減小熱敏電阻的阻值啟動(dòng)損耗，普通的啟動(dòng)方法，開(kāi)關(guān)電源啟動(dòng)后啟動(dòng)電阻回路未切斷，此損耗持續(xù)存在。改善方法：恒流啟動(dòng)方式啟動(dòng)，啟動(dòng)完成后關(guān)閉啟動(dòng)電路降低損耗。有放電電阻存在，mos開(kāi)關(guān)管每次開(kāi)關(guān)都會(huì)產(chǎn)生放電損耗改善方法：可免除電阻放電損耗(注意：此處只能降低電阻放電損耗，漏感能量引起的尖峰損耗是不能避免的)當(dāng)然最根本的改善辦法是，降低變壓器漏感。

電源芯片是需要一定的電流和電壓進(jìn)行工作的，如果Vcc供電電壓越高損耗越大。改善方法：由于IC內(nèi)部消耗的電流是不變的，在保證芯片能在安全工作電壓區(qū)間的前提下盡量降低Vcc供電電壓!

由于待機(jī)時(shí)有效工作頻率很低，并且一般限流點(diǎn)很小，磁通變化小，磁芯損耗很小，對(duì)待機(jī)影響不大，但繞組損耗是不可忽略的。變壓器繞組引起的損耗繞組的層與層之間的分布電容的充放電損耗(分布電容在開(kāi)關(guān)MOS管關(guān)斷時(shí)充電，在開(kāi)關(guān)MOS管開(kāi)通時(shí)放電引起的損耗。)當(dāng)測(cè)試mos管電流波形時(shí)，剛開(kāi)啟的時(shí)候有個(gè)電流尖峰主要由變壓器分布電容引起。改善方法:在繞組層與層之間加絕緣膠帶，來(lái)減少層間分布電容。

開(kāi)關(guān)管工作狀態(tài)有兩種:斷開(kāi)狀態(tài)和導(dǎo)通狀態(tài)。斷開(kāi)狀態(tài)時(shí), 流過(guò)開(kāi)關(guān)的電流為0, 雖然開(kāi)關(guān)兩端電壓不為0,但P =UI =0,所以不消耗功率。導(dǎo)通狀態(tài)時(shí), 開(kāi)關(guān)上流過(guò)電流, 但開(kāi)關(guān)兩端電壓為0, 同樣P =UI =0。實(shí)際上開(kāi)關(guān)器件開(kāi)關(guān)時(shí)總有一個(gè)過(guò)渡狀態(tài),會(huì)導(dǎo)致開(kāi)關(guān)損耗。而且開(kāi)關(guān)損耗與開(kāi)關(guān)頻率成正比。

開(kāi)關(guān)損耗包括導(dǎo)通損耗和截止損耗。導(dǎo)通損耗產(chǎn)生的原因:導(dǎo)通瞬間開(kāi)關(guān)器件電壓的不能馬上降為0, 而電流從0已上升,因此在開(kāi)關(guān)管上產(chǎn)生電壓電流交替現(xiàn)象,而產(chǎn)生損耗電壓不能馬上降為0的原因是開(kāi)關(guān)器件上有寄生電容,電容上電壓不能突變,即不能馬上降為0, 從而產(chǎn)生功率損耗。在導(dǎo)通過(guò)程中,寄生電容的儲(chǔ)能通過(guò)開(kāi)關(guān)器件放掉而損失。截止損耗產(chǎn)生的原因:截止瞬間開(kāi)關(guān)器件電流不能馬上降為0, 而電壓已經(jīng)從0上升, 在開(kāi)關(guān)器件上產(chǎn)生電壓電流交替現(xiàn)象。電流不能馬上為0的原因是, 與開(kāi)關(guān)器件連接的電路中有寄生電感, 阻礙電流變化。并且逆變電路中變壓器是電感元件, 當(dāng)開(kāi)關(guān)突然關(guān)斷時(shí), 變壓器電感元件電流不能突變,并會(huì)產(chǎn)生很大的反激電壓, 阻礙電流變化, 通過(guò)電路加在開(kāi)關(guān)管上, 產(chǎn)生比較大的損耗。提高開(kāi)關(guān)速度不但不能消除損耗, 反而會(huì)使反激電壓越大,損耗更大。

一般情況下, 截止損耗比導(dǎo)通損耗大很多。因?yàn)閷?dǎo)通變截止時(shí),功率管大電流突然降為0時(shí),產(chǎn)生較大的反激電壓,從而使開(kāi)關(guān)管功率損耗比較大。減少開(kāi)關(guān)損耗, 關(guān)鍵是減少截止損耗。絕大多數(shù)電源IC的工作效率可以在特定的工作條件下測(cè)得，數(shù)據(jù)資料中給出了這些參數(shù)。Maxim的數(shù)據(jù)資料給出了實(shí)際測(cè)試得到的數(shù)據(jù)，其他廠商也會(huì)給出實(shí)際測(cè)量的結(jié)果，但我們只能對(duì)我們自己的數(shù)據(jù)擔(dān)保。采用什么秘訣才能達(dá)到如此高的效率?我們最好從了解SMPS損耗的公共問(wèn)題開(kāi)始，開(kāi)關(guān)電源的損耗大部分來(lái)自開(kāi)關(guān)器件(MOSFET和二極管)，另外小部分損耗來(lái)自電感和電容。但是，如果使用非常廉價(jià)的電感和電容(具有較高電阻)，將會(huì)導(dǎo)致?lián)p耗明顯增大。

選擇IC時(shí)，需要考慮控制器的架構(gòu)和內(nèi)部元件，以期獲得高效指標(biāo)。采用了多種方法來(lái)降低損耗，其中包括：同步整流，芯片內(nèi)部集成低導(dǎo)通電阻的MOSFET，低靜態(tài)電流和跳脈沖控制模式。我們將在本文展開(kāi)討論這些措施帶來(lái)的好處。降壓轉(zhuǎn)換器的主要功能是把一個(gè)較高的直流輸入電壓轉(zhuǎn)換成較低的直流輸出電壓。為了達(dá)到這個(gè)要求，MOSFET以固定頻率(fS)，在脈寬調(diào)制信號(hào)(PWM)的控制下進(jìn)行開(kāi)、關(guān)操作。當(dāng)MOSFET導(dǎo)通時(shí)，輸入電壓給電感和電容(L和COUT)充電，通過(guò)它們把能量傳遞給負(fù)載。當(dāng)MOSFET斷開(kāi)時(shí)，輸入電壓斷開(kāi)與電感的連接，電感和輸出電容為負(fù)載供電。電感電流線性下降，電流流過(guò)二極管。

為了提升開(kāi)關(guān)電源的效率，我們必須對(duì)其內(nèi)部的各種損耗進(jìn)行分辨和粗略估算。這些損耗主要可歸為四大類：開(kāi)關(guān)損耗、導(dǎo)通損耗、附加損耗以及電阻損耗。值得注意的是，這些損耗往往會(huì)在有損元器件中同時(shí)出現(xiàn)。接下來(lái)，我們將逐一探討這些損耗的成因及特點(diǎn)。

與功率開(kāi)關(guān)密切相關(guān)的損耗

功率開(kāi)關(guān)是開(kāi)關(guān)電源內(nèi)部的主要損耗源之一。其損耗可大致劃分為兩部分：導(dǎo)通損耗和開(kāi)關(guān)損耗。導(dǎo)通損耗發(fā)生在功率器件開(kāi)通且驅(qū)動(dòng)和開(kāi)關(guān)波形穩(wěn)定后，即功率開(kāi)關(guān)處于導(dǎo)通狀態(tài)時(shí);而開(kāi)關(guān)損耗則出現(xiàn)在功率開(kāi)關(guān)被驅(qū)動(dòng)，進(jìn)入新的工作狀態(tài)，驅(qū)動(dòng)和開(kāi)關(guān)波形處于過(guò)渡過(guò)程中。

MOSFET的導(dǎo)通時(shí)間定義為PWM信號(hào)的占空比(D)。D把每個(gè)開(kāi)關(guān)周期分成[D×tS]和[(1 - D)×tS]兩部分，它們分別對(duì)應(yīng)于MOSFET的導(dǎo)通時(shí)間(環(huán)路1)和二極管的導(dǎo)通時(shí)間(環(huán)路2)。所有SMPS拓?fù)?降壓、反相等)都采用這種方式劃分開(kāi)關(guān)周期，實(shí)現(xiàn)電壓轉(zhuǎn)換。對(duì)于降壓轉(zhuǎn)換電路，較大的占空比將向負(fù)載傳輸較多的能量，平均輸出電壓增加。相反，占空比較低時(shí)，平均輸出電壓也會(huì)降低。根據(jù)這個(gè)關(guān)系，可以得到以下理想情況下(不考慮二極管或MOSFET的壓降)降壓型SMPS的轉(zhuǎn)換公式：VOUT = D×VIN IIN = D×IOUT需要注意的是，任何SMPS在一個(gè)開(kāi)關(guān)周期內(nèi)處于某個(gè)狀態(tài)的時(shí)間越長(zhǎng)，那么它在這個(gè)狀態(tài)所造成的損耗也越大。對(duì)于降壓型轉(zhuǎn)換器，D越低(相應(yīng)的VOUT越低)，回路2產(chǎn)生的損耗也大。

電源在為負(fù)載提供能量的同時(shí)，自身也會(huì)產(chǎn)生功率損耗和熱耗。在電源設(shè)計(jì)過(guò)程中，雖然我們會(huì)仔細(xì)分析負(fù)載的需求，但往往容易忽視電源芯片及其外圍器件的熱耗問(wèn)題。然而，對(duì)電源熱耗的準(zhǔn)確評(píng)估至關(guān)重要，它直接關(guān)系到電源能否在安全狀態(tài)下工作，避免因過(guò)熱而觸發(fā)保護(hù)機(jī)制或遭受損壞。評(píng)估熱耗的首要步驟是計(jì)算電源方案的耗散功率，即被損耗掉的功率。這可以通過(guò)兩種方法來(lái)實(shí)現(xiàn)：黑盒評(píng)估法和白盒評(píng)估法。

我們可以推導(dǎo)出耗散功率的計(jì)算公式。這一公式揭示了電源在傳輸功率過(guò)程中，實(shí)際被損耗掉的那一部分功率。通過(guò)這一計(jì)算，我們可以更準(zhǔn)確地評(píng)估電源的熱耗情況，確保電源在安全狀態(tài)下工作。

一、開(kāi)關(guān)電源的損耗

開(kāi)關(guān)電源的損耗主要來(lái)自三個(gè)元件：開(kāi)關(guān)晶體管、變壓器和整流二極管。

1、開(kāi)關(guān)晶體管損耗

主要分為開(kāi)通/關(guān)斷損耗兩個(gè)方面。開(kāi)關(guān)晶體管的損耗主要與開(kāi)關(guān)管的開(kāi)關(guān)次數(shù)有關(guān)，還與工作頻率和負(fù)載特性有關(guān)。如果開(kāi)關(guān)時(shí)間增加一倍，開(kāi)關(guān)管的損耗將增加約2～3倍，而開(kāi)關(guān)管的損耗與開(kāi)關(guān)電源的工作頻率成正比。

2、開(kāi)關(guān)變壓器的損耗

主要包括磁滯損耗、渦流損耗和銅損。開(kāi)關(guān)變壓器的渦流損耗和變壓器線圈的銅損與工作頻率的平方成正比，而磁滯損耗除與工作頻率外還與磁通密度的1.6次方成正比。

3、整流二極管的損耗

主要由兩部分組成：正向?qū)〒p耗和反向恢復(fù)損耗。整流二極管的正向損耗與整流二極管的正向壓降有關(guān)，而反向恢復(fù)損耗與二極管的反向恢復(fù)時(shí)間有關(guān)。

以上三種損耗占開(kāi)關(guān)電源總損耗的20%以上。如何降低開(kāi)關(guān)晶體管和變壓器的損耗，提高效率，是每個(gè)工程師在設(shè)計(jì)的時(shí)候都會(huì)考慮到的問(wèn)題。一中典型的反激轉(zhuǎn)換器(flyback converter)為例，去分析電源轉(zhuǎn)換器的 損耗。 因?yàn)榉醇まD(zhuǎn)換器低價(jià)位和廣泛的輸入范圍的特性，在實(shí)際應(yīng)用層面受到歡迎。對(duì)一個(gè)開(kāi)關(guān)電源而言， 主要的 損耗包括了傳導(dǎo) 損耗(conduction loss)和切換 損耗(switching loss)，以及由控制電路所造 成的 損耗。 表二、三、四分別對(duì)這些主要 損耗，包括主要的傳導(dǎo) 損耗和切換 損耗，控制電路 所造成的 損耗，列出了大約的估算，和常用的解決對(duì)策。

式1是通過(guò)效率和輸出功率Po來(lái)反推計(jì)算耗散功率的公式。為何選擇輸出功率而非輸入功率呢?因?yàn)檩敵龉β剩簇?fù)載的實(shí)際需求，其數(shù)據(jù)相對(duì)容易獲取。而輸入電壓的范圍則較為寬泛，使得輸入功率的定量獲取變得困難。

那么，如何獲取電源效率的數(shù)據(jù)呢?對(duì)于線性穩(wěn)壓器，其效率可簡(jiǎn)化為輸出電壓與輸入電壓的比值(V0/Vin)，這是因?yàn)槠漭敵鲭娏骷s等于輸入電流。而對(duì)于開(kāi)關(guān)電源，通?？蓪⑵湫使浪銥?5%，若需更精確數(shù)據(jù)

對(duì)于線性穩(wěn)壓器，由于其原理簡(jiǎn)單且多以集成模塊形式存在，因此通常只需了解黑盒方式計(jì)算耗散功率即可滿足需求。然而，開(kāi)關(guān)電源的集成度相對(duì)較低，有時(shí)需要進(jìn)一步分解其子模塊并單獨(dú)計(jì)算各部分的耗散功率，這就是所謂的白盒模式。本文以Buck電路為例進(jìn)行說(shuō)明，其他拓補(bǔ)結(jié)構(gòu)可類推。

在Buck電路的技術(shù)發(fā)展過(guò)程中，出現(xiàn)了同步Buck與非同步Buck兩種形式。這兩種電路在外觀上具有明顯差異，即同步Buck包含上下兩個(gè)MOSFET管，而非同步Buck則僅有上管MOSFET，其續(xù)流管采用肖特基二極管。值得注意的是，同步Buck是后續(xù)發(fā)展的技術(shù)，它通過(guò)使用MOSFET替代續(xù)流二極管來(lái)降低導(dǎo)通壓降，從而提高了電源效率。但這也帶來(lái)了額外的成本，即需要增加一套MOSFET驅(qū)動(dòng)電路。

開(kāi)關(guān)電源的損耗主要分為兩大類：路徑損耗和開(kāi)關(guān)損耗。

路徑損耗(傳導(dǎo)損耗)：這是指在大電流路徑上，由于內(nèi)阻而產(chǎn)生的損耗。以Buck電路為例，路徑損耗涵蓋了上臂MOSFET的內(nèi)阻損耗、電感的寄生阻抗(DCR)上的損耗，以及下臂MOSFET或續(xù)流二極管上的損耗。

開(kāi)關(guān)損耗：這種損耗發(fā)生在MOSFET開(kāi)通和關(guān)閉的過(guò)程中，它與開(kāi)關(guān)頻率呈正比。

接下來(lái)，我們將深入探討開(kāi)關(guān)損耗的產(chǎn)生機(jī)理。在Buck電路中，上橋臂MOSFET的漏極與Vin相連，而源極則與相位節(jié)點(diǎn)相連。當(dāng)上橋臂開(kāi)始開(kāi)啟時(shí)，下橋臂MOSFET的體二極管(在非同步Buck電路中同樣適用)會(huì)將相位點(diǎn)箝位為低于地電壓的水平。這種顯著的漏-源電壓差異，再加上上橋臂MOSFET以開(kāi)關(guān)方式傳輸轉(zhuǎn)換器的全負(fù)載電流，共同導(dǎo)致了開(kāi)關(guān)過(guò)程中開(kāi)關(guān)損耗的產(chǎn)生。