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電源設(shè)計(jì)小貼士:解決電源電路損耗問(wèn)題

作者: 時(shí)間:2013-03-12 來(lái)源:網(wǎng)絡(luò) 收藏

您是否曾詳細(xì)計(jì)算過(guò)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?本小貼士介紹了一種簡(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(kāi)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(lái)源的電源功率損耗聯(lián)系起來(lái)。例如,ao 代表諸如柵極驅(qū)動(dòng)、偏壓電源和磁芯的固定開(kāi)銷(xiāo)損耗以及功率晶體管 Coss 充電與放電之類(lèi)的損耗。這些損耗與輸出電流無(wú)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(kāi)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(lèi)似地,開(kāi)關(guān)損耗可通過(guò)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(xiàn)電阻和互聯(lián)電阻中的損耗。高階項(xiàng)可能在計(jì)算非線(xiàn)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(wú)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(wèn)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(lèi)似于圖 1、顯示三種損耗類(lèi)型的損耗曲線(xiàn)。該曲線(xiàn)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(mǎn)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。

圖1:功率損耗組件與二次項(xiàng)系數(shù)相匹配

實(shí)際損耗與三項(xiàng)式之間的相關(guān)性非常好。圖 2 對(duì)同步降壓穩(wěn)壓器的測(cè)量數(shù)據(jù)與曲線(xiàn)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(xiàn)上將存在三個(gè)重合點(diǎn)。對(duì)于曲線(xiàn)的剩余部分,兩個(gè)曲線(xiàn)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(lèi)型的電源可能很難以如此匹配。這種方法并非絕對(duì)可靠,但是有助于人員理解實(shí)際電路損耗情況。

圖2 前三個(gè)損耗項(xiàng)提供了與測(cè)量值良好的相關(guān)性



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