点击标题下的蓝字新朋友”关注
点击右上角的按钮，与朋友圈分享本文
直流传导损耗
理想降压转换器在使用理想组件(导通状态下零压降和零开关损耗)时效率为100%。事实上，功耗始终与每个功率元件相关。SMPS有两种损失：直流传导损失和交流开关损失。
降压转换器的传导损耗主要来自晶体管Q1、二极管D1和电感L在传导电流过程中产生的压降。在以下传导损耗计算中，忽略了电感电流的交流纹波。MOSFET用作功率晶体管，MOSFET传导损失等于IO2 ? RDS(ON) ? D，其中RDS(ON)是MOSFET Q1的导电阻。二极管传导功率损失等于IO ? VD ? (1 – D)，其中VD是二极管D1的正向压降。电感传导损失等于IO2 ? R DCR，其中R DCR是电感绕组的铜电阻。因此，降压转换器的传导损耗约为：
例如，12V输入、3.3V/10AMAX以下元件可用于输出降压电源：MOSFET RDS(ON) = 10mΩ，电感RDCR = 2 mΩ，二极管正电压VD = 0.5V。因此，满载下的传导损耗为：
转换器的效率如下：
根据上述分析，续流二极管的功率损失为3.62W，远高于MOSFET Q1和电感L传导损失。为进一步提高效率，ADI公司建议使用二极管D1替换为MOSFET Q2.如图9所示。转换器称为同步降压转换器。Q2的栅极需要对Q1栅极信号互补，即Q2仅在Q关闭时导通。同步降压转换器的传导损耗为：
图9同步降压转换器及其晶体管栅极信号
如果10mΩ RDS(ON) MOSFET也用于Q2.同步降压转换器的传导损耗和效率如下：
上面的示例显示，同步降压转换器比传统降压转换器更高效，特别适用于占空比小、二极管D低输出电压应用传导时间长。
交流开关损失
除直流传导损耗外，还有其他交流/开关相关功率损耗，由使用不理想的功率元件引起：
真正的场效应管需要时间来指导或关闭。因此，电压和电流重叠，导致交流开关损失。图10显示了同步降压转换器MOSFET Q典型的开关波形。FET Q1的寄生电容CGD充放电和电荷QGD决定大部分Q1开关时间及相关损耗。底部同步降压转换器FET Q由于开关损耗小，2开关损耗小Q2总是在体二极管传导后导通，在体二极管传导前关闭，而体二极管上的压降很低。Q体二极管反向恢复电荷也可能增加顶部FET Q1.开关损耗，产生开关电压铃和EMI噪声。公式(12)显示，控制FET Q1开关损耗和转换器开关频率fS成正比。精确计算Q1的能量损耗EON和EOFF不简单，具体可以参考MOSFET供应商的应用笔记。
图10 降压转换器顶部FET Q1的典型开关波形和损耗
与开关频率相关的真实电感也存在交流损耗。电感交流损耗主要来自磁芯损耗。SMPS磁芯材料可能是铁芯或铁氧体。一般来说，铁芯略饱和，但铁损失高，而铁氧体材料饱和剧烈，但铁损失低。铁氧体是一种类似陶瓷的铁磁体材料，其晶体结构由氧化铁和锰或氧化锌的混合物组成。铁损失的主要原因是磁滞损失。磁芯或电感制造商通常为电源设计师提供铁损失数据，以估计交流电感损失。
其他与交流相关的损失包括栅极驱动器的损失PSW_GATE(等于VDRV ? QG ? fS)和死区时间(顶部FET Q1和底部FET Q2.二极管传导损失(等于)(ΔTON ΔTOFF) ? VD(Q2) ? fS)。
总之，开关的相关损耗包括：
通常，计算开关相关损耗并不容易。开关相关损耗及开关频率fS成正比。在12VIN、3.3VO/10AMAX在同步降压转换器中，200kHz – 500kHz开关频率下的交流损失约为2%至5%。因此，满载下的总效率约为93%，比例LR或LDO电源要好得多。热量或尺寸可以减少近10倍。
来自ADI整理技术资料
猜猜你喜欢以前的选择▼1.设计笔记、开关电源项目实战分析
(浏览量3.3万 )
2.精通反激开关电源设计的详细设计步骤.2万 )
3.新能源汽车磁元件技术及发展趋势研究
4.电源磁元件技术的未来发展方向
5.开关电源工程师需要学习哪些知识？
6.反激开关电源调试技巧
7.6小时精通反激电源和变压器设计
8.电路就像生命！电路的启示
9.反激开关电源设计详解(上)
10.反激开关电源设计详解(下)
11.电源方案丨Fairchild Power Solution
12.好书推荐运算放大器权威指南
13.DC-DC变换器的工作原理及设计
14.ACDC/DCDC开关电源的EMI优化设计
15.PFC电源与磁元件技术及反激电源变压器设计培训
16.陈伟博士
17.王正仕博士丨电动汽车车载充电机OBC与DCDC转换器
18.徐强华丨电子电器产品电磁兼容设计
19.陈为教授丨功率变换器磁集成分析设计技术
20.黄敏超博士丨EMI电磁干扰法规、理论与整改
21.陈为教授丨功率变换器磁集成分析设计技术
22.南航阮新波教授丨包络线跟踪电源的研究
23.罗建教授丨新能源汽车电机驱动控制技术
24.限时下载丨开关电源常规测试项目大全
25.邵革良博士丨充电桩磁元件技术及其最新动向
26.陈庆彬博士丨无线电能传输(WPT)及其磁
27.张国荣博士丨APF应用现状及前景
28.胡高平丨高压大功率三相三电平LLC谐振直流变换器
29.杜佐兵丨开关电源&汽车电子技术应用
30.邵革良博士丨功率磁元件的前沿技术与应用
31.曲小慧教授丨磁场耦合式无线电能传输中的补偿网络设计
32.专家总结丨开关电源设计时，防止EMI的22项措施
33.看漫画，学电源(一)丨线性电源与开关电源的构造
34.看漫画，学电源(二)丨非隔离型DC-DC转换器
35.看漫画，学电源(三)丨隔离型DC-DC转换器
36.看漫画，学电源(四)丨提高开关电源的效率
37.看漫画，学电源(五)丨开关电源的噪声对策
38.专家PPT丨开关电源的热分析与计算
39.外企培训PPT丨开关电源PCB设计技巧与注意事项
40.赶紧收藏丨全球13种常见的电子产品检测认证
41.干货精选丨反激电路变压器全方位深度分析
42.工程师必看丨16条充电桩测试流程汇总
43.项目案例分享丨辐射骚扰整改方法
44.陈庆彬博士丨电动汽车LLC电路磁元件分析与设计
45.总结丨PFC开关电源的效率优化措施
46.华为丨热设计培训教材完整版(共90页，赶紧收藏！)
47.附案例，75页丨磁性元件设计培训PDF(邵革良博士)
48.重要丨防护电路PCB走线时，几个应注意的关键点
☞