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2019.11.20 DC/DC

小结

损耗探讨

DC/DC转换器评估篇“损耗探讨”共分10篇文章进行介绍,本文是最后一篇。对于同步整流式降压转换器,给出了如何区分损耗位置、计算每种损耗、并通过它们相加导出总损耗的方法。另外,还介绍了实际应用中的损耗探讨方法,比如用来选择封装的热计算、以及开关频率、输入电压、输出电流变化时应该注意的主要损耗因素等。对于电源来说,高效率(换言之就是低损耗)是必不可少的条件,因此在设计时请参考这里的信息。下面汇总了相关各篇文章的关键要点:

损耗探讨

前言

关键要点:

・损耗直接导致发热等,使部件和设备的可靠性降低

・热设计对于提高设备的安全性和可靠性来说非常重要。

・后续将探讨电源电路的损耗部分、原因及其对策。

定义和发热

关键要点:

・损耗是输入功率与输出功率的差,或效率的倒数。

・结温为环境温度+发热量,发热量为损耗×热阻(θj-a)。

・损耗会导致发热,因而是重要的探讨事项。

同步整流降压转换器的损耗

关键要点:

・同步整流降压转换器的损耗是各部位损耗之和。

同步整流降压转换器的传导损耗

关键要点:

・同步整流降压转换器MOSFET的传导损耗根据导通电阻和导通时的电流及导通期间来计算。

同步整流降压转换器的开关损耗

关键要点:

・同步整流降压转换器的开关损耗可通过开关的过渡时间及其期间的功率和开关频率来计算。

同步整流降压转换器死区时间的损耗

关键要点:

・死区时间损耗是指在死区时间中因低边开关(MOSFET)体二极管的正向电压和负载电流而产生的损耗。

・死区时间是为了防止同步开关的直通电流而专门设置的。

同步整流降压转换器的控制IC功率损耗

关键要点:

・控制IC自身功耗带来的损耗,对轻负载时的效率有较大影响。

・损耗计算非常简单,电源电流乘以电源电压即可。

・测量条件请参考IC的技术规格书。

同步整流降压转换器的栅极电荷损耗

关键要点:

・栅极电荷损耗是由MOSFET的Qg(栅极电荷总量)引起的损耗。

・如果MOSFET的Qg相同,则损耗主要取决于开关频率。

电感的DCR带来的传导损耗

关键要点:

・电感的DCR(直流电阻)和输出电流会带来传导损耗。

电源IC的功率损耗计算示例

关键要点:

・电源IC的功率损耗是单个损耗的总和。

・关于计算所用的值,虽然有很多种看法,但应该通过计算最差条件下的损耗进行确认。

损耗的简单计算方法

关键要点:

・电源IC的技术规格书中如果提供了效率曲线,可根据效率简单计算损耗。

封装选型时的热计算示例 1

关键要点:

・求出损耗是为了进行热设计。

・采取散热对策确保Tj不要超过绝对最大额定值。

封装选型时的热计算示例 2

关键要点:

・求出损耗是为了进行热设计。

・采取散热对策确保Tj不要超过绝对最大额定值。

损耗因素

关键要点:

・整体损耗的构成部分——特定部位的损耗在某些工作条件下会增加。

・通过损耗计算公式了解其主要因素,就可以明白规格和条件变更时的注意要点。

探讨通过提高开关频率来实现小型化时的注意事项

关键要点:

・提高开关频率可实现电源和应用的小型化,但会导致损耗增加,效率下降。

・增加的损耗中,主要是开关损耗和死区时间损耗。

・提高开关频率所带来的小型化和损耗增加(效率下降)之间存在此起彼消的矛盾关系。

・在很多情况下会综合衡量尺寸和效率,取折中方案。

探讨高输入电压应用时的注意事项

关键要点:

・当输入电压升高时,主要增加的损耗是开关损耗。

・随着开关损耗的增加,需要重新评估MOSFET的额定电压和容许损耗。

・此外,还可考虑采用tr和tf更快、导通电阻和Qg低的MOSFET。

・电源规格中,如果能够降低开关频率就降低。如果将fSW减半,则损耗也会减半。

・如果是开关晶体管内置型的IC,则需要对IC本身进行评估。

探讨高输出电流应用时的注意事项 其1

关键要点:

・如果提高输出电流,则MOSFET的导通电阻、开关、死区时间、电感的DCR损耗将会增加。

・选择导通电阻低的MOSFET,提高开关速度,并使用DCR小的电感。

・大多数控制器IC的死区时间是无法调整的。

・MOSFET的选型除导通电阻外还有其他需要探讨的事项(见“其2”)。

探讨高输出电流应用时的注意事项 其2

关键要点:

・要提高输出电流时,需要选择导通电阻低的MOSFET,提高开关速度,并使用DCR小的电感。

・高耐压低导通电阻的MOSFET往往Qg会增加,因此为了避免Qg增加导致的栅极电荷损耗的增加,需要选择导通电阻低且Qg小的MOSFET。

・Qg低的MOSFET往往开关速度较快,因此需要注意开关噪声是否有增加。

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