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影響大功率DC-DC開關(guān)直流電源效率的主要因素

發(fā)布時間： 2016-06-22 14:23:01 關(guān)注量：1631

1功率估量

能量變換體系必定存在能耗，盡管實踐運用中無法取得100%的變換功率，可是，一個高質(zhì)量的直流電源功率能夠到達(dá)十分高的水平，功率挨近95%.

絕大多數(shù)直流電源IC的工作功率能夠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)資料給出了實踐測驗得到的數(shù)據(jù)，其他廠商也會給出實踐丈量的成果，但咱們只能對咱們自個的數(shù)據(jù)擔(dān)保。圖1給出了一個SMPS降壓變換器的電路實例，變換功率能夠到達(dá)97%，即便在輕載時也能堅持較高功率。

選用啥訣竅才干到達(dá)如此高的功率?咱們從了解SMPS損耗的公共疑問開端，開關(guān)直流電源的損耗大有些來自開關(guān)器材(MOSFET和二極管)，別的小有些損耗來自電感和電容?？墒?，假如運用十分便宜的電感和電容(具有較高電阻)，將會導(dǎo)致?lián)p耗顯著增大。

選擇IC時，需求思考操控器的架構(gòu)和內(nèi)部元件，以期取得高效目標(biāo)。例如，圖1選用了多種辦法來下降損耗，其間包含：同步整流，芯片內(nèi)部集成低導(dǎo)通電阻的MOSFET，低靜態(tài)電流和跳脈沖操控模式。咱們將在本文展開評論這些辦法帶來的優(yōu)點。

2降壓型SMPS

損耗是任何SMPS架構(gòu)都面對的疑問，咱們在此以圖2所示降壓型(或buck)變換器為例進(jìn)行評論，圖中標(biāo)明各點的開關(guān)波形，用于后續(xù)核算。

通用降壓型SMPS電路和有關(guān)波形，關(guān)于了解SMPS架構(gòu)供給了一個極好的參考實例。

降壓變換器的首要功能是把一個較高的直流輸入電壓變換成較低的直流輸出電壓。為了到達(dá)這個要求，MOSFET以固定頻率(fS)，在脈寬調(diào)制信號(PWM)的操控下進(jìn)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(fù)載。在此時期，電感電流線性上升，電流回路如圖2中的回路1所示。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(fù)載供電。電感電流線性下降，電流流過二極管，電流回路如圖中的環(huán)路2所示。MOSFET的導(dǎo)通時刻定義為PWM信號的占空比(D)。D把每個開關(guān)周期分紅[D×tS]和[(1-D)×tS]兩有些，它們別離對應(yīng)于MOSFET的導(dǎo)通時刻(環(huán)路1)和二極管的導(dǎo)通時刻(環(huán)路2)。所有SMPS拓?fù)?降壓、反持平)都選用這種辦法區(qū)分開關(guān)周期，完成電壓變換。關(guān)于降壓變換電路，較大的占空比將向負(fù)載傳輸較多的能量，均勻輸出電壓添加。相反，占空對比低時，均勻輸出電壓也會下降。依據(jù)這個聯(lián)系，能夠得到以下抱負(fù)狀況下(不思考二極管或MOSFET的壓降)降壓型SMPS的變換公式：VOUT=D×VINIIN=D×IOUT需求留意的是，任何SMPS在一個開關(guān)周期內(nèi)處于某個狀況的時刻越長，那么它在這個狀況所形成的損耗也越大。關(guān)于降壓型變換器，D越低(相應(yīng)的VOUT越低)，回路2發(fā)作的損耗也大。

1、開關(guān)器材的損耗MOSFET傳導(dǎo)損耗

典型的降壓型變換器的MOSFET電流波形，用于預(yù)算MOSFET的傳導(dǎo)損耗?下式給出了更精確的預(yù)算損耗的辦法，運用IP和IV之間電流波形I2的積分代替簡單的I2項?PCOND(MOSFET)=[(IP3-IV3)/3]×RDS(ON)×D=[(IP3-IV3)/3]×RDS(ON)×VOUT/VIN式中，IP和IV別離對應(yīng)于電流波形的峰值和谷值，如圖3所示?MOSFET電流從IV線性上升到IP，例如：假如IV為0.25A，IP為1.75A，RDS(ON)為0.1Ω，VOUT為VIN/2(D=0.5)，根據(jù)均勻電流(1A)的核算成果為：PCOND(MOSFET)(運用均勻電流)=12×0.1×0.5=0.050W.

運用波形積分進(jìn)行更精確的核算：PCOND(MOSFET)(運用電流波形積分進(jìn)行核算)=[(1.753-0.253)/3]×0.1×0.5=0.089W或近似為78%，高于依照均勻電流核算得到的成果?關(guān)于峰均對比小的電流波形，兩種核算成果的不一樣很小，運用均勻電流核算即可滿足要求?

2、二極管傳導(dǎo)損耗

MOSFET的傳導(dǎo)損耗與RDS(ON)成正比，二極管的傳導(dǎo)損耗則在很大程度上取決于正導(dǎo)游通電壓(VF)。二極管一般比MOSFET損耗更大，二極管損耗與正向電流、VF和導(dǎo)通時刻成正比。因為MOSFET斷開時二極管導(dǎo)通，二極管的傳導(dǎo)損耗(PCOND(DIODE))近似為：PCOND(DIODE)=IDIODE(ON)×VF×(1-D)式中，IDIODE(ON)為二極管導(dǎo)通時期的均勻電流。圖2所示，二極管導(dǎo)通時期的均勻電流為IOUT，因而，關(guān)于降壓型變換器，PCOND(DIODE)能夠依照下式預(yù)算：PCOND(DIODE)=IOUT×VF×(1-VOUT/VIN)與MOSFET功耗核算不一樣，選用均勻電流即可得到對比精確的功耗核算成果，因為二極管損耗與I成正比，而不是I?。明顯，MOSFET或二極管的導(dǎo)通時刻越長，傳導(dǎo)損耗也越大。關(guān)于降壓型變換器，輸出電壓越低，二極管發(fā)作的功耗也越大，因為它處于導(dǎo)通狀況的時刻越長。

3、開關(guān)動態(tài)損耗

因為ACDC開關(guān)電源損耗是由開關(guān)的非抱負(fù)狀況導(dǎo)致的，很難預(yù)算MOSFET和二極管的開關(guān)損耗，器材從徹底導(dǎo)通到徹底封閉或從徹底封閉到徹底導(dǎo)通需求必定時刻，在這個進(jìn)程中會發(fā)作功率損耗。

開關(guān)損耗發(fā)作在MOSFET通、斷時期的過渡進(jìn)程開關(guān)損耗跟著SMPS頻率的增加而增大，這一點很簡單了解，跟著開關(guān)頻率進(jìn)步(周期縮短)，開關(guān)過渡時刻所占份額增大，然后增大開關(guān)損耗。開關(guān)變換進(jìn)程中，開關(guān)時刻是占空比的二十分之一關(guān)于功率的影響要遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于開關(guān)時刻為占空比的十分之一的狀況。因為開關(guān)損耗和頻率有很大的聯(lián)系，工作在高頻時，開關(guān)損耗將成為首要的損耗因素。

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客戶感言

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北京合康億盛變頻科技股份有限公司

經(jīng)人介紹認(rèn)識了艾德杰，試著從他們那里買了一套產(chǎn)品，性能穩(wěn)定，故障幾乎沒有，即便有點小問題，他們也會過來處理，后來就一直和他們進(jìn)行友好合作。
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武漢中元華電科技股份有限公司

在我們決定與艾德杰電源合作后，他們派出技術(shù)骨干和我們的技術(shù)部門溝通，充分了解了我司的使用需求后立即準(zhǔn)備方案，待我們確認(rèn)方案后，艾德杰的工作人員馬上將此提上日程，在距預(yù)約交貨期還有5天的時候，就已將我司定制的電源送上門，安裝調(diào)試，產(chǎn)品使用至今，一切良好，非常感謝艾德杰的鼎力支持，不辭勞苦的幫我們設(shè)計開發(fā)新產(chǎn)品，技術(shù)可靠，服務(wù)周到。
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中國中船重工集團(tuán)707所

我們公司的工程師只擅長一部分工作，另一部分與電源有關(guān)的工作不是很擅長，公司有個新項目需要他人來合伙開發(fā)，生產(chǎn)，一時半會兒找不到合作伙伴。網(wǎng)上找到了艾德杰，經(jīng)過實地考察，我們決定和艾德杰試著合作一次，整個合作過程，我們多次溝通，商量，他們的工程師技術(shù)好，經(jīng)驗豐富，我們和他們一起探討，彼此的知識面都擴(kuò)大了，合作過程中設(shè)計到多次修改，他們的工程師半句怨言都沒有，合作的過程非常滿意，產(chǎn)品準(zhǔn)時交給我們使用，...
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北京鐵道機(jī)車研究所

一次偶然的機(jī)會艾德杰的銷售人員聯(lián)系到我們，我們抱著試試看的心情從他那里訂購了一臺電源，性能很好，從那之后我們就建立了長期的合作關(guān)系，偶爾有一點點的小故障，他們的工作人員都會很快的過來幫忙處理。服務(wù)熱情周到，他們才是我們的好兄弟，好幫手。
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李明仕

湖北武漢人 1970年7月出生碩士學(xué)歷。從事電源設(shè)計研發(fā)工作30年，先后擔(dān)任多家電源公司的技術(shù)總監(jiān) 技術(shù)成果 1． 1996年獲武漢市科學(xué)技術(shù)研究成果證書武科成證字(96)第014號登記號WK9601003 成果名稱:DTK系列開關(guān)型直流穩(wěn)壓電源 2． 1996年武漢高創(chuàng)電子有限公司的電源項目獲得電源行業(yè)的第一個國家火炬計劃 3． 2000年武漢玉星電子有限責(zé)任公司<<電壓過零檢控軟開關(guān)電源>>項目獲科技部中小型企業(yè)創(chuàng)新基金無償資助,項目代號20004214054563 4.　電源方面各項專利近20項，其中發(fā)明專利2項。 5. 國內(nèi)電源期刊上發(fā)表多篇論文。

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沈錦飛

1955年出生，現(xiàn)任江南大學(xué)物聯(lián)網(wǎng)學(xué)院教授、碩士生導(dǎo)師。主要從事電力電子電路、裝置與電能質(zhì)量控制的研究和教學(xué)工作，發(fā)表學(xué)術(shù)論文30多篇，其中EI檢索5篇，獲得教育部科技進(jìn)步獎、江蘇省教學(xué)成果獎、無錫市科技進(jìn)步獎，多項發(fā)明專利，主編本科教材；被評為無錫市優(yōu)秀教師、市級先進(jìn)個人。是中國自動化學(xué)會會員、江蘇省電工協(xié)會自動控制系統(tǒng)專委會委員、無錫市自動化學(xué)會理事、無錫市電機(jī)工程學(xué)會理事。

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顏文旭

1971 年出生，現(xiàn)任江南大學(xué)物聯(lián)網(wǎng)工程學(xué)院教授，碩士生導(dǎo)師?，F(xiàn)主要從事電力電子技術(shù)及智能控制、機(jī)電一體化及過程控制等領(lǐng)域的研究和開發(fā)工作，發(fā)表學(xué)術(shù)論文30篇（其中EI收錄6篇），獲專利12項，參加編制十二五國家級規(guī)劃教材，國家自然科學(xué)基金項目，省青年科學(xué)基金項目，市級重點實驗室建設(shè)，主持方塊地毯自動包裝生產(chǎn)線開發(fā)、2.0MW風(fēng)力發(fā)電變流器、10kV高壓固態(tài)軟起動器、船舶壓載水物理強(qiáng)化處理核心技術(shù)...

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