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損耗，普通的啟動方法，開關(guān)電源啟動后啟動電阻回路未切斷，此損耗持續(xù)存在。改善方法：恒流啟動方式啟動，啟動完成后關(guān)閉啟動電路降低損耗。有放電電阻存在，mos開關(guān)管每次開關(guān)都會產(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!

由于待機時有效工作頻率很低，并且一般限流點很小，磁通變化小，磁芯損耗很小，對待機影響不大，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(分布電容在開關(guān)MOS管關(guān)斷時充電，在開關(guān)MOS管開通時放電引起的損耗。)當(dāng)測試mos管電流波形時，剛開啟的時候有個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，來減少層間分布電容。

開關(guān)管工作狀態(tài)有兩種:斷開狀態(tài)和導(dǎo)通狀態(tài)。斷開狀態(tài)時, 流過開關(guān)的電流為0, 雖然開關(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, 開關(guān)上流過電流, 但開關(guān)兩端電壓為0, 同樣P =UI =0。實際上開關(guān)器件開關(guān)時總有一個過渡狀態(tài),會導(dǎo)致開關(guān)損耗。而且開關(guān)損耗與開關(guān)頻率成正比。

開關(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)通過程中,寄生電容的儲能通過開關(guān)器件放掉而損失。截止損耗產(chǎn)生的原因:截止瞬間開關(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)開關(guān)突然關(guān)斷時, 變壓器電感元件電流不能突變,并會產(chǎn)生很大的反激電壓, 阻礙電流變化, 通過電路加在開關(guān)管上, 產(chǎn)生比較大的損耗。提高開關(guān)速度不但不能消除損耗, 反而會使反激電壓越大,損耗更大。

一般情況下, 截止損耗比導(dǎo)通損耗大很多。因為導(dǎo)通變截止時,功率管大電流突然降為0時,產(chǎn)生較大的反激電壓,從而使開關(guān)管功率損耗比較大。減少開關(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)資料給出了實際測試得到的數(shù)據(jù)，其他廠商也會給出實際測量的結(jié)果，但我們只能對我們自己的數(shù)據(jù)擔(dān)保。采用什么秘訣才能達到如此高的效率?我們最好從了解SMPS損耗的公共問題開始，開關(guān)電源的損耗大部分來自開關(guān)器件(MOSFET和二極管)，另外小部分損耗來自電感和電容。但是，如果使用非常廉價的電感和電容(具有較高電阻)，將會導(dǎo)致?lián)p耗明顯增大。

選擇IC時，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。我們將在本文展開討論這些措施帶來的好處。降壓轉(zhuǎn)換器的主要功能是把一個較高的直流輸入電壓轉(zhuǎn)換成較低的直流輸出電壓。為了達到這個要求，MOSFET以固定頻率(fS)，在脈寬調(diào)制信號(PWM)的控制下進行開、關(guān)操作。當(dāng)MOSFET導(dǎo)通時，輸入電壓給電感和電容(L和COUT)充電，通過它們把能量傳遞給負載。當(dāng)MOSFET斷開時，輸入電壓斷開與電感的連接，電感和輸出電容為負載供電。電感電流線性下降，電流流過二極管。

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

與功率開關(guān)密切相關(guān)的損耗

功率開關(guān)是開關(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)通損耗和開關(guān)損耗。導(dǎo)通損耗發(fā)生在功率器件開通且驅(qū)動和開關(guān)波形穩(wěn)定后，即功率開關(guān)處于導(dǎo)通狀態(tài)時;而開關(guān)損耗則出現(xiàn)在功率開關(guān)被驅(qū)動，進入新的工作狀態(tài)，驅(qū)動和開關(guān)波形處于過渡過程中。

MOSFET的導(dǎo)通時間定義為PWM信號的占空比(D)。D把每個開關(guān)周期分成[D×tS]和[(1 - D)×tS]兩部分，它們分別對應(yīng)于MOSFET的導(dǎo)通時間(環(huán)路1)和二極管的導(dǎo)通時間(環(huán)路2)。所有SMPS拓撲(降壓、反相等)都采用這種方式劃分開關(guān)周期，實現(xiàn)電壓轉(zhuǎn)換。對于降壓轉(zhuǎn)換電路，較大的占空比將向負載傳輸較多的能量，平均輸出電壓增加。相反，占空比較低時，平均輸出電壓也會降低。根據(jù)這個關(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在一個開關(guān)周期內(nèi)處于某個狀態(tài)的時間越長，那么它在這個狀態(tài)所造成的損耗也越大。對于降壓型轉(zhuǎn)換器，D越低(相應(yīng)的VOUT越低)，回路2產(chǎn)生的損耗也大。

電源在為負載提供能量的同時，自身也會產(chǎn)生功率損耗和熱耗。在電源設(shè)計過程中，雖然我們會仔細分析負載的需求，但往往容易忽視電源芯片及其外圍器件的熱耗問題。然而，對電源熱耗的準(zhǔn)確評估至關(guān)重要，它直接關(guān)系到電源能否在安全狀態(tài)下工作，避免因過熱而觸發(fā)保護機制或遭受損壞。評估熱耗的首要步驟是計算電源方案的耗散功率，即被損耗掉的功率。這可以通過兩種方法來實現(xiàn)：黑盒評估法和白盒評估法。

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

一、開關(guān)電源的損耗

開關(guān)電源的損耗主要來自三個元件：開關(guān)晶體管、變壓器和整流二極管。

1、開關(guān)晶體管損耗

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

2、開關(guān)變壓器的損耗

主要包括磁滯損耗、渦流損耗和銅損。開關(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)時間有關(guān)。

以上三種損耗占開關(guān)電源總損耗的20%以上。如何降低開關(guān)晶體管和變壓器的損耗，提高效率，是每個工程師在設(shè)計的時候都會考慮到的問題。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。 因為反激轉(zhuǎn)換器低價位和廣泛的輸入范圍的特性，在實際應(yīng)用層面受到歡迎。對一個開關(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，和常用的解決對策。

式1是通過效率和輸出功率Po來反推計算耗散功率的公式。為何選擇輸出功率而非輸入功率呢?因為輸出功率，即負載的實際需求，其數(shù)據(jù)相對容易獲取。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?對于線性穩(wěn)壓器，其效率可簡化為輸出電壓與輸入電壓的比值(V0/Vin)，這是因為其輸出電流約等于輸入電流。而對于開關(guān)電源，通?？蓪⑵湫使浪銥?5%，若需更精確數(shù)據(jù)

對于線性穩(wěn)壓器，由于其原理簡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算耗散功率即可滿足需求。然而，開關(guān)電源的集成度相對較低，有時需要進一步分解其子模塊并單獨計算各部分的耗散功率，這就是所謂的白盒模式。本文以Buck電路為例進行說明，其他拓補結(jié)構(gòu)可類推。

在Buck電路的技術(shù)發(fā)展過程中，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)，它通過使用MOSFET替代續(xù)流二極管來降低導(dǎo)通壓降，從而提高了電源效率。但這也帶來了額外的成本，即需要增加一套MOSFET驅(qū)動電路。

開關(guān)電源的損耗主要分為兩大類：路徑損耗和開關(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。

開關(guān)損耗：這種損耗發(fā)生在MOSFET開通和關(guān)閉的過程中，它與開關(guān)頻率呈正比。

接下來，我們將深入探討開關(guān)損耗的產(chǎn)生機理。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)點相連。當(dāng)上橋臂開始開啟時，下橋臂MOSFET的體二極管(在非同步Buck電路中同樣適用)會將相位點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以開關(guān)方式傳輸轉(zhuǎn)換器的全負載電流，共同導(dǎo)致了開關(guān)過程中開關(guān)損耗的產(chǎn)生。