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影响开关电源效率的主要因素

来源:    作者:    发布时间:2015-04-18 06:48:25    浏览量:

电容损耗

与理想的电容模型相反,电容元件的实际物理特性导致了几种损耗。电容在电源电路中主要起稳压、滤除输入/输出噪声的作用(图4),电容的这些损耗降低了开关电源的效率。这些损耗可以通过三种现象描述:等效串联电阻损耗、漏电流损耗和电介质损耗。电容的阻性损耗显而易见。既然电流在每个开关周期流入、流出电容塑封电感器,电容固有的电阻(Rc)将造成一定功耗。漏电流损耗(RL)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(RD)比较复杂,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。

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图4电容损耗模型一般简化为一个等效串联电阻

开关电源IC的折衷选择

合理选择开关电源IC有助于改善系统效率,特别需要考虑IC封装、设计和控制架构。功率开关集成到IC内部时可以省去繁琐的MOSFET或二极管选择,而且使电路更加紧凑,由于降低了线路损耗和寄生效应,可以在一定程度上提高效率。IC规格中值得注意的一项指标是静态电流(IQ),它是维持电路工作所需的电流。重载情况下(大于一倍或两倍的静态电流),IQ对效率的影响并不明显,因为负载电流远大于IQ,而随着负载电流的降低,效率有下降的趋势,因为IQ对应的功率占总功率的比例提高。对于便携产品或电池供电产品,无疑选择具有极低IQ的电源IC比较理想,有些IC则通过不同的工作模式(例如:休眠模式或低功耗关断模式)来降低IQ。

开关电源的控制架构是影响开关电源效率的关键因素之一。图1所示同步整流架构中,由于采用低导通电阻的MOSF电感器国家标准ET取代了功耗较大的开关二极管,可有效改善效率指标。另一种常见的DC-DC控制结构是在轻载时进入跳脉冲工作模式,与单纯的PWM开关操作(在重载和轻载时均采用固定的开关频率)不同,跳脉冲模式下转换器工作在跳跃的开关周期,可以节省不必要的开关操作。跳脉冲模式下,在一段较长时间内电感放电,将能量从电感传递给负载,以维持输出电压。但是,跳脉冲模式会产生额外的输出噪声,这些噪声由于分布在不同频率,很难滤除。先进的开关电源IC会合理利用两者的优势:重载时采用恒定PWM频率;轻载时采用跳脉冲模式,图1所示IC即提供了这样的工作模式。

优化开关电源效率

开关电源因其高效率指标得到广泛应用,但其效率仍然受开关电路的一些固有损耗的制约。设插件电感计开关电源时,需要仔细研究插件电感器造成开关电源损耗的来源,合理选择器件,从而充分利用开关电源的高效优势。


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