瓯海油浸式变压器各处损耗（1）：MOS传导损耗、二极管传

概述能量转换瓯海瓯海油浸式变压器系统必定存在能耗,虽然实际应用中无法获得的转换效率,但是,一个高质量的瓯海瓯海油浸式变压器效率可以达到非常高的水平,效率接近95%.绝大多数瓯海瓯海油浸式变压器IC 的工作效率可以在特定的工作条件下测得,数据资料中给出了这些参数.一般厂商会给出实际测量的结果,但我们只能对我们自己的数据担保. 图1 给出了一个SMPS 降压转换器的瓯海油浸式变压器电路实例,转换效率可以达到97%,即使在轻载时也能保持较高效率.采用什么秘诀才能达到如此高的效率?我们更好从了解SMPS 损耗的公共问题开始,瓯海油浸式变压器的损耗大部分来自器件(瓯海油浸式变压器MOSFET 和二极管),另外小部分损耗来自电感和电容.但是,如果使用非常廉价的电感和电容(具有较高电阻),将会导致损耗明显增大.选择IC 时,需要考虑控制器的架构和内部元件,以期获得高效指标.

例如,图1 采用了多种方法来降低损耗,其中包括:同步瓯海油浸式变压器整流,芯片内部集成低导通电阻的瓯海油浸式变压器MOSFET,低静态电流和跳脉冲控制模式.我们将在本文展开讨论这些措施带来的好处.

图1. 降压转换器集成了低导通电阻的瓯海油浸式变压器MOSFET,采用同步瓯海油浸式变压器整流,效率曲线如图所示.

降压型SMPS损耗是任何SMPS 架构都面临的问题,我们在此以图2 所示降压型(或buck)转换器为例进行讨论,图中标明各点的波形,用于后续计算.

降压转换器的主要功能是把一个较高的输入电压转换成较低的输出电压.为了达到这个要求,瓯海油浸式变压器MOSFET 以固定频率(fS),在脉宽调制信号(PWM)的控制下进行开、关操作.当瓯海油浸式变压器MOSFET 导通时,输入电压给电感和电容(L 和COUT)充电,通过它们把能量传递给负载.在此期间,电感电流线性上升,电流回路如图2 中的回路1 所示.

当瓯海油浸式变压器MOSFET 断开时,输入电压断开与电感的连接,电感和输出电容为负载供电.电感电流线性下降,电流流过二极管,电流回路如图中的环路2 所示.瓯海油浸式变压器MOSFET 的导通时间定义为PWM 信号的占空比(D).D 把每个周期分成[D × tS]和[(1 - D) × tS]两部分,它们分别对应于瓯海油浸式变压器MOSFET 的导通时间(环路1)和二极管的导通时间(环路2).所有SMPS 拓扑(降压、反相等)都采用这种方式划分周期,实现电压转换.

对于降压转换瓯海油浸式变压器电路,较大的占空比将向负载传输较多的能量,平均输出电压增加.相反,占空比较低时,平均输出电压也会降低.根据这个关系,可以得到以下理想情况下(不考虑二极管或瓯海油浸式变压器MOSFET 的压降)降压型SMPS 的转换公式:

VOUT = D × VINIIN = D × IOUT需要注意的是,任何SMPS 在一个周期内处于某个状态的时间越长,那么它在这个状态所造成的损耗也越大.对于降压型转换器,D 越低(相应的VOUT 越低),回路2 产生的损耗也大.

器件的损耗 瓯海油浸式变压器MOSFET 传导损耗图2 (以及其它绝大多数DC-DC 转换器拓扑)中的瓯海油浸式变压器MOSFET 和二极管是造成功耗的主要因素.相关损耗主要包括两部分:传导损耗和损耗.

瓯海油浸式变压器MOSFET 和二极管是元件,导通时电流流过回路.器件导通时,传导损耗分别由瓯海油浸式变压器MOSFET 的导通电阻(RDS(ON))和二极管的正向导通电压决定.

瓯海油浸式变压器MOSFET 的传导损耗(PCOND(瓯海油浸式变压器MOSFET))近似等于导通电阻RDS(ON)、占空比(D)和导通时瓯海油浸式变压器MOSFET 的平均电流(I瓯海油浸式变压器MOSFET(AVG))的乘积.

PCOND(瓯海油浸式变压器MOSFET) (使用平均电流) = I瓯海油浸式变压器MOSFET(AVG)? × RDS(ON) × D上式给出了SMPS 中瓯海油浸式变压器MOSFET 传导损耗的近似值,但它只作为瓯海油浸式变压器电路损耗的估算值,因为电流线性上升时所产生的功耗大于由平均电流计算得到的功耗.对于"峰值"电流,更准确的计算方法是对电流峰值和谷值(图3 中的IV 和IP)之间的电流波形的平方进行积分得到估算值.

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