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影响DC-DC转换器效率的主要因素分析
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2017-12-07
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本文详细介绍了开关电源（SMPS）中各个元器件损耗的计算和预测技术，并讨论了提高开关调节器效率的相关技术和特点，以选择最合适的芯片来达到高效指标。本文介绍了影响开关电源效率的基本因素，可以以此作为新设计的准则。我们将从一般性介绍开始，然后针对特定的开关元件的损耗进行讨论。
一、效率估计
能量转换系统必定存在能耗，虽然实际应用中无法获得100%的转换效率，但是，一个高质量的电源效率可以达到非常高的水平，效率接近95%.
绝大多数电源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。Maxim的数据资料给出了实际测试得到的数据，其他厂商也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？我们最好从了解SMPS损耗的公共问题开始，开关电源的损耗大部分来自开关器件（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：同步整流，芯片内部集成低导通电阻的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. MAX1556降压转换器集成了低导通电阻的MOSFET，采用同步整流，可以达到95%的转换效率，效率曲线如图所示。
二、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，图中标明各点的开关波形，用于后续计算。
一、效率估计
能量转换系统必定存在能耗，虽然实际应用中无法获得100%的转换效率，但是，一个高质量的电源效率可以达到非常高的水平，效率接近95%.
绝大多数电源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。Maxim的数据资料给出了实际测试得到的数据，其他厂商也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？我们最好从了解SMPS损耗的公共问题开始，开关电源的损耗大部分来自开关器件（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：同步整流，芯片内部集成低导通电阻的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. MAX1556降压转换器集成了低导通电阻的MOSFET，采用同步整流，可以达到95%的转换效率，效率曲线如图所示。
二、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，图中标明各点的开关波形，用于后续计算。
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