開關(guān)電源電路設(shè)計(jì)秘笈之解決電源電路損耗問題

您是否曾詳細(xì)計(jì)算過設(shè)計(jì)中的預(yù)計(jì)組件損耗，結(jié)果卻發(fā)現(xiàn)與實(shí)驗(yàn)室測(cè)量結(jié)果有較大出入呢?本文介紹了一種簡(jiǎn)便方法，以幫助您消除計(jì)算結(jié)果與實(shí)際測(cè)量結(jié)果之間的差異。該方法基于泰勒級(jí)數(shù)展開式，其中規(guī)定(在賦予一定自由條件下)任何函數(shù)都可分解成一個(gè)多項(xiàng)式，如下所示：

如果意識(shí)到電源損耗與輸出電流相關(guān)(可用輸出電流替換X)，那么系數(shù)項(xiàng)就能很好地與不同來源的電源功率損耗聯(lián)系起來。例如，ao代表諸如柵極驅(qū)動(dòng)、偏壓電源和磁芯的固定開銷損耗以及功率晶體管Coss充電與放電之類的損耗。這些損耗與輸出電流無關(guān)。第二項(xiàng)相關(guān)聯(lián)的損耗a1直接與輸出電流相關(guān)，其典型表現(xiàn)為輸出二極管損耗和開關(guān)損耗。在輸出二極管中，大多數(shù)損耗是由于結(jié)電壓引起的，因此損耗會(huì)隨著輸出電流成比例地增加。

類似地，開關(guān)損耗可通過輸出電流關(guān)聯(lián)項(xiàng)與某些固定電壓的乘積近似得出。第三項(xiàng)很容易被識(shí)別為傳導(dǎo)損耗。其典型表現(xiàn)為FET電阻、磁性布線電阻和互聯(lián)電阻中的損耗。高階項(xiàng)可能在計(jì)算非線性損耗(如磁芯損耗)時(shí)有用。只有在考慮前三項(xiàng)情況下才能得出有用結(jié)果。

計(jì)算三項(xiàng)系數(shù)的一種方法是測(cè)量三個(gè)工作點(diǎn)的損耗并成矩陣求解結(jié)果。如果損耗測(cè)量結(jié)果其中一項(xiàng)是在無負(fù)載的工況下得到(即所有損耗均等于第一項(xiàng)系數(shù) a0)，那么就能簡(jiǎn)化該解決方法。隨后問題簡(jiǎn)化至容易求解的兩個(gè)方程式和兩個(gè)未知數(shù)。一旦計(jì)算出系數(shù)，即可構(gòu)建出類似于圖11.1、顯示三種損耗類型的損耗曲線。該曲線在消除測(cè)量結(jié)果和計(jì)算結(jié)果之間的偏差時(shí)大有用處，并且有助于確定能夠提高效率的潛在區(qū)域。例如，在滿負(fù)載工況下，圖1中的損耗主要為傳導(dǎo)損耗。為了提高效率，就需要降低FET電阻、電感電阻和互聯(lián)電阻。

實(shí)際損耗與三項(xiàng)式之間的相關(guān)性非常好。圖11.2對(duì)同步降壓穩(wěn)壓器的測(cè)量數(shù)據(jù)與曲線擬合數(shù)據(jù)進(jìn)行了對(duì)比。我們知道，在基于求解三個(gè)聯(lián)立方程組的曲線上將存在三個(gè)重合點(diǎn)。對(duì)于曲線的剩余部分，兩個(gè)曲線之間的差異小于2%。由于工作模式(如連續(xù)或非連續(xù))不同、脈沖跳頻或變頻運(yùn)行等原因，其他類型的電源可能很難以如此匹配。這種方法并非絕對(duì)可靠，但是有助于電源設(shè)計(jì)人員理解實(shí)際電路損耗情況。