影響DC-DC轉(zhuǎn)換器效率的主要因素分析

　本文詳細(xì)介紹了開關(guān)電源（SMPS）中各個(gè)元器件損耗的計(jì)算和預(yù)測技術(shù)，并討論了提高開關(guān)調(diào)節(jié)器效率的相關(guān)技術(shù)和特點(diǎn)，以選擇最合適的芯片來達(dá)到高效指標(biāo)。本文介紹了影響開關(guān)電源效率的基本因素，可以以此作為新設(shè)計(jì)的準(zhǔn)則。我們將從一般性介紹開始，然后針對(duì)特定的開關(guān)元件的損耗進(jìn)行討論。
　　一、效率估計(jì)
　　能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)必定存在能耗，雖然實(shí)際應(yīng)用中無法獲得100%的轉(zhuǎn)換效率，但是，一個(gè)高質(zhì)量的電源效率可以達(dá)到非常高的水平，效率接近95%.
　　絕大多數(shù)電源IC的工作效率可以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(shí)際測試得到的數(shù)據(jù)，其他廠商也會(huì)給出實(shí)際測量的結(jié)果，但我們只能對(duì)我們自己的數(shù)據(jù)擔(dān)保。圖1給出了一個(gè)SMPS降壓轉(zhuǎn)換器的電路實(shí)例，轉(zhuǎn)換效率可以達(dá)到97%，即使在輕載時(shí)也能保持較高效率。
　　采用什么秘訣才能達(dá)到如此高的效率？我們最好從了解SMPS損耗的公共問題開始，開關(guān)電源的損耗大部分來自開關(guān)器件（MOSFET和二極管），另外小部分損耗來自電感和電容。但是，如果使用非常廉價(jià)的電感和電容（具有較高電阻），將會(huì)導(dǎo)致?lián)p耗明顯增大。
　　選擇IC時(shí)，需要考慮控制器的架構(gòu)和內(nèi)部元件，以期獲得高效指標(biāo)。例如，圖1采用了多種方法來降低損耗，其中包括：同步整流，芯片內(nèi)部集成低導(dǎo)通電阻的MOSFET，低靜態(tài)電流和跳脈沖控制模式。我們將在本文展開討論這些措施帶來的好處。
　　
　　圖1. MAX1556降壓轉(zhuǎn)換器集成了低導(dǎo)通電阻的MOSFET，采用同步整流，可以達(dá)到95%的轉(zhuǎn)換效率，效率曲線如圖所示。
　　二、降壓型SMPS
　　損耗是任何SMPS架構(gòu)都面臨的問題，我們?cè)诖艘詧D2所示降壓型（或buck）轉(zhuǎn)換器為例進(jìn)行討論，圖中標(biāo)明各點(diǎn)的開關(guān)波形，用于后續(xù)計(jì)算。