是什么因素影响了开关电源模块的工作效率

（文章来源：高能立方电源）

在能量转换系统，必然是会产生损耗，所以在实际应用中，开关电源模块工作效率只能尽可能接近百分百。因为取决于元件自身，所以只能通过元件技术来改进。下面分析下影响开关电源模块效率的主要因素有哪些。

开关电源模块的损耗主要来自开关元件MOSFET和二极管，另一部分来自电容和电感。MOSFET和二极管由于自身特性，会大大降低系统效率，可分成传导损耗和开关损耗俩部分。简单来说，任何电流回路都存在损耗电阻，会造成能量损耗。MOSFET和二极管是开关元件，在导通电流流过MOSFET或二极管时，会有导通压降。由于MOSFET只有在导通时才有电流流过，所以MOSFET的传导损耗与其导通电阻、占空比和导通时的电流有关。

而二极管的传导损耗则取决于自身的导通压降（VF），导通压降相对较大。因此，二极管与MOSFET相比会引入更大的传导损耗。二极管的传导损耗由导通电流、导通压降、导通时间决定。

目前减小开关元件损耗的直接途径是选择低导通电阻、可快速切换的MOSFET。或选择低导通压降、快速恢复的二极管。一般增加芯片尺寸和漏源极击穿电压会有助于降低导通电阻，在选择MOSFET时需要在尺寸和效率之间进行权衡。导通电阻和栅源偏置电压成反比，推荐使用足够大的栅极电压使MOSFET充分导通，但会增大栅极驱动损耗。开关控制器件本身通常无法产生较高的栅极驱动电压，除非芯片提供有自举电路或采用外部栅极驱动。

由于MOSFET的正温度特性，当芯片温度升高时，导通电阻会相应增大。因此，需采用适当的热管理方案保持较低的结温，使导通电阻不会过大。MOSFET的开关损耗取决于寄生电容，较大的寄生电容需要较长的充电时间，使开关转换变缓，损耗更多的能量。

电容在开关电源模块电路中主要起稳压、滤除输入、输出噪声等作用，这些损耗降低了效率。可分为三种现象讲解，有等效串联电阻损耗、漏电流损耗和电介质损耗。电流在每个开关周期流入、流出电容，电容固有的电阻会造成一定功耗。漏电流损耗是由于电容绝缘材料的电阻导致较小电流流过电容而产生的功率损耗。电介质损耗是由于电容两端施加了交流电压，电容电场发生变化，从而使电介质分子极化造成功率损耗。

在低功耗应用场合中，可替代快恢复二极管的是肖特基二极管。其优点是恢复时间几乎可以忽略，反向恢复电压只有普通二极管的一半。缺点是它的工作电压远远低于快恢复二极管。因此，肖特基二极管广泛用于低功耗场合设计，在低占空比时可以降低开关二极管的损耗。

电感功耗包括线圈损耗和磁芯损耗，线圈损耗归结于线圈的直流电阻，磁芯损耗归结于电感的磁特性。对一个固定的电感值，电感尺寸较小时，为了保持相同匝数必须减小线圈的横截面积，从而导致直流电阻增大。

磁芯损耗由磁滞、涡流损耗组成，直接影响铁芯的交变磁通。在开关电源模块中，尽管平均直流电流流过电感，但通过电感的开关电压变化产生的纹波电流会导致磁芯周期性的磁通变化。磁滞损耗源于每个交流周期中磁芯偶极子的重新排列所消耗的功率，正比于频率和磁通密度。

效率低的开关电源模块，会带来很大的温升，在高温下工作，会影响系统的可靠性。因此，提高效率和降低产品温升成为了电源工程师的重要工作之一。
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