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開關電源的(de)損耗與效率計算(suàn)

文章(zhāng)出處:網責任編輯:作者:人(rén)氣:-發表時(shí)間:2013-11-25 17:00:00【大(dà)

  在開關電源中,如果沒有損耗,那效率就是100%,但這(zhè)是不可(kě)能的(de),BUCK型開關電源中主要的(de)損耗是導通(tōng)損耗和(hé)交流開關損耗,導通(tōng)損耗主要是指MOS管導通(tōng)後的(de)損耗和(hé)肖特基二極管導通(tōng)的(de)損耗(是指完全導通(tōng)後的(de)損耗,因爲導通(tōng)不是瞬間導通(tōng),有個(gè)從線性區(qū)到非線性區(qū)的(de)過程),在MOS管導通(tōng)時(shí),由于存在導通(tōng)電阻,那麽流過電流就必然存在導通(tōng)損耗,而肖特基導通(tōng)損耗是指在MOS管關閉期間,由于電感的(de)電流不能突變加上電感反沖現象,會産生與MOS管導通(tōng)時(shí)的(de)相反電壓方向,從而使肖特基導通(tōng),流過的(de)電流會在肖特基上産生損耗。由于MOS管在導通(tōng)的(de)時(shí)候,流過其的(de)電流不是瞬間達到最大(dà),此時(shí)電流有個(gè)從零逐漸上升到最大(dà)的(de)過程,此時(shí)MOS管漏源(DS)之間的(de)電壓也(yě)是從Vdc逐漸下(xià)降到零,MOS管關閉的(de)時(shí)候也(yě)存在此情況,隻是與打開的(de)時(shí)候過程相反,那麽在這(zhè)逐漸的(de)過程中就會産生損耗,這(zhè)就是交流開關損耗,交流開關損耗包括MOS管打開和(hé)關閉損耗,交流開關損耗與開關的(de)頻(pín)率成正比,因爲一開一關的(de)次數越多(duō),損耗自然就大(dà)了(le)。

  在忽略交流開關損耗的(de)情況下(xià),假設輸入電壓Vdc,輸出電壓爲Vo,MOS管導通(tōng)時(shí)間爲Ton,關閉時(shí)間爲Toff,整個(gè)周期爲T,即T=Ton+Toff。在MOS管導通(tōng)期間流過的(de)平均電流爲Io,由于電感電流不能突變,那麽在MOS管關閉期間流過肖特基的(de)平均電流也(yě)爲Io,在MOS管和(hé)肖特基導通(tōng)期間産生的(de)壓差基本爲1V,那麽導通(tōng)損耗=P(mos管)+P(肖特基)=1*Io*Ton/T+1*Io*Toff/T=1*Io。那麽此時(shí)的(de)效率E=Po/(Po+Plosse)=(Vo*Io)/(Vo*Io)+(1*Io)=Vo/Vo+1。

  在考慮交流開關損耗的(de)時(shí)候,基本交流開關損耗可(kě)以分(fēn)兩種情況來(lái)考慮,第一種情況是MOS管導通(tōng)期間,電流開始上升的(de)時(shí)候電壓同時(shí)開始下(xià)降,MOS管關閉期間電流開始下(xià)降的(de)時(shí)候電壓同時(shí)上升,此種情況也(yě)是最理(lǐ)想的(de)情況(一般實際情況很難達到),那麽在此情況下(xià),交流開關損耗=整個(gè)開關周期的(de)導通(tōng)損耗+整個(gè)開關周期的(de)關斷損耗=(時(shí)間從0到Ton,流過電流和(hé)電壓剩積的(de)積分(fēn))*(Ton/T)+(時(shí)間從0到Toff,流過電流和(hé)電壓剩積的(de)積分(fēn))*(Toff/T)=Io*Vdc/6*(Ton/T)+Io*Vdc/6*(Toff/T)。

  設Ton=Toff=Ts(理(lǐ)論上MOS管打開瞬間電流從0上升到最大(dà)與MOS管關斷瞬間從最大(dà)下(xià)降到0的(de)時(shí)間是一樣),所以交流開關損耗Pac=Io*Vdc*Ts/3T。則此時(shí)的(de)效率E=Po/(Po+DClosse+AClosse)=(Vo*Io)/(Vo*Io)+(1*Vo)+(Io*Vdc*Ts/3T)=Vo/(Vo+1+Vdc*Ts/T)上面是在考慮交流開關損耗的(de)理(lǐ)想情況下(xià)的(de)效率,那麽第二種情況就是在最差的(de)情況下(xià),即MOS管導通(tōng)時(shí),電流從0達到最大(dà)後,電壓才開始下(xià)降,而不是同時(shí),MOS管關閉時(shí),電壓上升到最大(dà)後,電流才開始從0開始下(xià)降,一般這(zhè)種情況更接近真實情況,那麽此種情況下(xià),交流開關損耗=整個(gè)開關周期的(de)導通(tōng)損耗+整個(gè)開關周期的(de)關斷損耗=Io*Vdc*Ts/T+Io*Vdc*Ts/T=2*Io*Vdc*Ts/T。所以此時(shí)效率E=Po/(Po+DClosse+AClosse)=(Vo*Io)/(Vo*Io)+(1*Vo)+(2*Io*Vdc*Ts/T)=Vo/(Vo+1+2*Vdc*Ts/T)。

  以上的(de)效率計算(suàn)是在沒有考慮肖特基的(de)反向恢複時(shí)間的(de)情況下(xià),實際的(de)效率可(kě)能還(hái)會比以上計算(suàn)的(de)低,反向恢複時(shí)間是指二極管從承受反向電壓的(de)瞬間到完全停止流過反向漏電流所經曆的(de)時(shí)間,因爲二極管在反向截止時(shí)不可(kě)能瞬間截止,也(yě)是有一個(gè)過程的(de)。應該使用(yòng)反向恢複時(shí)間在35ns~50ns的(de)超快(kuài)恢複二極管作爲續流二極管,該損耗與開關頻(pín)率成正比。

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