匯總降低開關(guān)電源內(nèi)部損耗的方法

開關(guān)電源內(nèi)部主要損耗要提高開關(guān)電源的效率，就必須分辨和粗略估算各種損耗。開關(guān)電源內(nèi)部的損耗大致可分為四個方面：開關(guān)損耗、導(dǎo)通損耗、附加損耗和電阻損耗。這些損耗通常會在有損元器件中同時出現(xiàn)，下面將分別討論。

與功率開關(guān)有關(guān)的損耗

功率開關(guān)是典型的開關(guān)電源內(nèi)部最主要的兩個損耗源之一。損耗基本上可分為兩部分：導(dǎo)通損耗和開關(guān)損耗。導(dǎo)通損耗是當(dāng)功率器件已被開通，且驅(qū)動和開關(guān)波形已經(jīng)穩(wěn)定以后，功率開關(guān)處于導(dǎo)通狀態(tài)時的損耗;開關(guān)損耗是出現(xiàn)在功率開關(guān)被驅(qū)動，進(jìn)入一個新的工作狀態(tài)，驅(qū)動和開關(guān)波形處于過渡過程時的損耗。這些階段和它們的波形見圖1。

導(dǎo)通損耗可由開關(guān)兩端電壓和電流波形乘積測得。這些波形都近似線性，導(dǎo)通期間的功率損耗由式(1)給出。

控制這個損耗的典型方法是使功率開關(guān)導(dǎo)通期間的電壓降最小。要達(dá)到這個目的，設(shè)計者必須使開關(guān)工作在飽和狀態(tài)。這些條件由式(2a)和式(2b)給出，通過基極或柵極過電流驅(qū)動，確保由外部元器件而不是功率開關(guān)本身對集電極或漏極電流進(jìn)行控制。

電源開關(guān)轉(zhuǎn)換期間的開關(guān)損耗就更復(fù)雜，既有本身的因素，也有相關(guān)元器件的影響。與損耗有關(guān)的波形只能通過電壓探頭接在漏源極(集射極)端的示波器觀察得到，交流電流探頭可測量漏極或集電極電流。測量每一開關(guān)瞬間的損耗時，必須使用帶屏蔽的短引線探頭，因為任何有長度的非屏蔽的導(dǎo)線都可能引入其他電源發(fā)出的噪聲，從而不能準(zhǔn)確顯示真實的波形。一旦得到了好的波形，就可用簡單的三角形和矩形分段求和的方法，粗略算出這兩條曲線所包圍的面積。例如圖1的開通損耗可用式(3)計算。

這個結(jié)果只是功率開關(guān)開通期間的損耗值，再加上關(guān)斷和導(dǎo)通損耗可以得到開關(guān)期間的總損耗值?！　∨c輸出整流器有關(guān)的損耗　　在典型的非同步整流器開關(guān)電源內(nèi)部的總損耗中，輸出整流器的損耗占據(jù)了全部損耗的40%-65%。所以理解這一節(jié)非常重要。從圖2中可看到與輸出整流器有關(guān)的波形。

整流器損耗也可以分成三個部分：開通損耗、導(dǎo)通損耗、關(guān)斷損耗。

整流器的導(dǎo)通損耗就是在整流器導(dǎo)通并且電流電壓波形穩(wěn)定時的損耗。這個損耗的抑制是通過選擇流過一定電流時最低正向壓降的整流管而實現(xiàn)的。PN二極管具有更平坦的正向V-I特性，但電壓降卻比較高(0.7～1.1V);肖特基二極管轉(zhuǎn)折電壓較低(O.3～0.6V)，但電壓一電流特性不太陡，這意味著隨著電流的增大，它的正向電壓的增加要比PN二極管更快。將波形中的過渡過程分段轉(zhuǎn)化成矩形和三角形面積，利用式(3)可以計算出這個損耗。

分析輸出整流器的開關(guān)損耗則要復(fù)雜得多。整流器自身固有的特性在局部電路內(nèi)會引發(fā)很多問題。

類似的反向恢復(fù)特性也會出現(xiàn)在高電壓肖特基整流器中，這一特性不是由載流子引起的，而是由于這類肖特基二極管具有較高的結(jié)電容所致。所謂高電壓肖特基二極管就是它的反向擊穿電壓大于60V。

與濾波電容有關(guān)的損耗

輸入輸出濾波電容并不是開關(guān)電源的主要損耗源，盡管它們對電源的工作壽命影響很大。如果輸入電容選擇不正確的話，會使得電源工作時達(dá)不到它實際應(yīng)有的高效率。

每個電容器都有與電容相串聯(lián)的小電阻和電感。等效串聯(lián)電阻(ESR)和等效串聯(lián)電感(ESL)是由電容器的結(jié)構(gòu)所導(dǎo)致的寄生元件，它們都會阻礙外部信號加在內(nèi)部電容上。因此電容器在直流工作時性能最好，但在電源的開關(guān)頻率下性能會差很多。