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(gè)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(huì)在有損元器件中同時(shí)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(gè)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(dòng)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(shí)的損耗;開關(guān)損耗是出現(xiàn)在功率開關(guān)被驅(qū)動(dòng)，進(jìn)入一個(gè)新的工作狀態(tài)，驅(qū)動(dòng)和開關(guān)波形處于過渡過程時(shí)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(gè)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(gè)目的，設(shè)計(jì)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(dòng)，確保由外部元器件而不是功率開關(guān)本身對(duì)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(shí)，必須使用帶屏蔽的短引線探頭，因?yàn)槿魏斡虚L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(shí)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(jì)算。

這個(gè)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。　　與輸出整流器有關(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(gè)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(shí)的損耗。這個(gè)損耗的抑制是通過選擇流過一定電流時(shí)最低正向壓降的整流管而實(shí)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(jì)算出這個(gè)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(huì)引發(fā)很多問題。

類似的反向恢復(fù)特性也會(huì)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(duì)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(huì)使得電源工作時(shí)達(dá)不到它實(shí)際應(yīng)有的高效率。

每個(gè)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(huì)阻礙外部信號(hào)加在內(nèi)部電容上。因此電容器在直流工作時(shí)性能最好，但在電源的開關(guān)頻率下性能會(huì)差很多。