干貨！開關(guān)電源15種損耗分析

一、開關(guān)電源的損耗

開關(guān)電源的損耗主要來自三個(gè)元件：開關(guān)晶體管、變壓器和整流二極管。

1、開關(guān)晶體管損耗

主要分為開通/關(guān)斷損耗兩個(gè)方面。開關(guān)晶體管的損耗主要與開關(guān)管的開關(guān)次數(shù)有關(guān)，還與工作頻率和負(fù)載特性有關(guān)。如果開關(guān)時(shí)間增加一倍，開關(guān)管的損耗將增加約2～3倍，而開關(guān)管的損耗與開關(guān)電源的工作頻率成正比。

2、開關(guān)變壓器的損耗

主要包括磁滯損耗、渦流損耗和銅損。開關(guān)變壓器的渦流損耗和變壓器線圈的銅損與工作頻率的平方成正比，而磁滯損耗除與工作頻率外還與磁通密度的1.6次方成正比。

3、整流二極管的損耗

主要由兩部分組成：正向?qū)〒p耗和反向恢復(fù)損耗。整流二極管的正向損耗與整流二極管的正向壓降有關(guān)，而反向恢復(fù)損耗與二極管的反向恢復(fù)時(shí)間有關(guān)。

以上三種損耗占開關(guān)電源總損耗的20%以上。如何降低開關(guān)晶體管和變壓器的損耗，提高效率，是每個(gè)工程師在設(shè)計(jì)的時(shí)候都會考慮到的問題。

以圖一中典型的反激轉(zhuǎn)換器(flyback converter)為例，去分析電源轉(zhuǎn)換器的 損耗。 因?yàn)榉醇まD(zhuǎn)換器低價(jià)位和廣泛的輸入范圍的特性，在實(shí)際應(yīng)用層面受到歡迎。對一個(gè)開關(guān)電源而言， 主要的 損耗包括了傳導(dǎo) 損耗(conduction loss)和切換 損耗(switching loss)，以及由控制電路所造 成的 損耗。 表二、三、四分別對這些主要 損耗，包括主要的傳導(dǎo) 損耗和切換 損耗，控制電路 所造成的 損耗，列出了大約的估算，和常用的解決對策。

表二 主要的開關(guān)損耗

表三 主要的傳導(dǎo)損耗

表四 控制電路的主要損耗

可以很明顯的發(fā)現(xiàn)無論是傳導(dǎo) 損耗或切換 損耗，都和切換頻率有很密切的關(guān)系。 降低切 換頻率可以有效的降低損耗，特別是在輕載時(shí)。但由波寬調(diào)變產(chǎn)生器所產(chǎn)生的波寬必須被控 制，免得造成磁性元件的飽和。而且，反激轉(zhuǎn)換器的輸出能量可以表示為 Po = (Vdc^2 × Ton^2) /(2 × Lp × T) ×η，其中η代表轉(zhuǎn)換效率。在輕載時(shí)，導(dǎo)通時(shí)間(Ton)很短暫，增長切換週期(T)， 或降低切換頻率(fs)，是一個(gè)很直覺的想法。