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武漢艾德杰電源技術(shù)有限公司
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影響大功率DC-DC開關(guān)直流電源效率的主要因素

發(fā)布時(shí)間： 2016-06-22 14:23:01 關(guān)注量：1609

1功率估量

能量變換體系必定存在能耗，盡管實(shí)踐運(yùn)用中無(wú)法取得100%的變換功率，可是，一個(gè)高質(zhì)量的直流電源功率能夠到達(dá)十分高的水平，功率挨近95%.

絕大多數(shù)直流電源IC的工作功率能夠在特定的工作條件下測(cè)得，數(shù)據(jù)資料中給出了這些參數(shù)。Maxim的數(shù)據(jù)資料給出了實(shí)踐測(cè)驗(yàn)得到的數(shù)據(jù)，其他廠商也會(huì)給出實(shí)踐丈量的成果，但咱們只能對(duì)咱們自個(gè)的數(shù)據(jù)擔(dān)保。圖1給出了一個(gè)SMPS降壓變換器的電路實(shí)例，變換功率能夠到達(dá)97%，即便在輕載時(shí)也能堅(jiān)持較高功率。

選用啥訣竅才干到達(dá)如此高的功率?咱們從了解SMPS損耗的公共疑問(wèn)開端，開關(guān)直流電源的損耗大有些來(lái)自開關(guān)器材(MOSFET和二極管)，別的小有些損耗來(lái)自電感和電容?？墒牵偃邕\(yùn)用十分便宜的電感和電容(具有較高電阻)，將會(huì)導(dǎo)致?lián)p耗顯著增大。

選擇IC時(shí)，需求思考操控器的架構(gòu)和內(nèi)部元件，以期取得高效目標(biāo)。例如，圖1選用了多種辦法來(lái)下降損耗，其間包含：同步整流，芯片內(nèi)部集成低導(dǎo)通電阻的MOSFET，低靜態(tài)電流和跳脈沖操控模式。咱們將在本文展開評(píng)論這些辦法帶來(lái)的優(yōu)點(diǎn)。

2降壓型SMPS

損耗是任何SMPS架構(gòu)都面對(duì)的疑問(wèn)，咱們?cè)诖艘詧D2所示降壓型(或buck)變換器為例進(jìn)行評(píng)論，圖中標(biāo)明各點(diǎn)的開關(guān)波形，用于后續(xù)核算。

通用降壓型SMPS電路和有關(guān)波形，關(guān)于了解SMPS架構(gòu)供給了一個(gè)極好的參考實(shí)例。

降壓變換器的首要功能是把一個(gè)較高的直流輸入電壓變換成較低的直流輸出電壓。為了到達(dá)這個(gè)要求，MOSFET以固定頻率(fS)，在脈寬調(diào)制信號(hào)(PWM)的操控下進(jìn)行開、關(guān)操作。當(dāng)MOSFET導(dǎo)通時(shí)，輸入電壓給電感和電容(L和COUT)充電，通過(guò)它們把能量傳遞給負(fù)載。在此時(shí)期，電感電流線性上升，電流回路如圖2中的回路1所示。當(dāng)MOSFET斷開時(shí)，輸入電壓斷開與電感的連接，電感和輸出電容為負(fù)載供電。電感電流線性下降，電流流過(guò)二極管，電流回路如圖中的環(huán)路2所示。MOSFET的導(dǎo)通時(shí)刻定義為PWM信號(hào)的占空比(D)。D把每個(gè)開關(guān)周期分紅[D×tS]和[(1-D)×tS]兩有些，它們別離對(duì)應(yīng)于MOSFET的導(dǎo)通時(shí)刻(環(huán)路1)和二極管的導(dǎo)通時(shí)刻(環(huán)路2)。所有SMPS拓?fù)?降壓、反持平)都選用這種辦法區(qū)分開關(guān)周期，完成電壓變換。關(guān)于降壓變換電路，較大的占空比將向負(fù)載傳輸較多的能量，均勻輸出電壓添加。相反，占空對(duì)比低時(shí)，均勻輸出電壓也會(huì)下降。依據(jù)這個(gè)聯(lián)系，能夠得到以下抱負(fù)狀況下(不思考二極管或MOSFET的壓降)降壓型SMPS的變換公式：VOUT=D×VINIIN=D×IOUT需求留意的是，任何SMPS在一個(gè)開關(guān)周期內(nèi)處于某個(gè)狀況的時(shí)刻越長(zhǎng)，那么它在這個(gè)狀況所形成的損耗也越大。關(guān)于降壓型變換器，D越低(相應(yīng)的VOUT越低)，回路2發(fā)作的損耗也大。

1、開關(guān)器材的損耗MOSFET傳導(dǎo)損耗

典型的降壓型變換器的MOSFET電流波形，用于預(yù)算MOSFET的傳導(dǎo)損耗?下式給出了更精確的預(yù)算損耗的辦法，運(yùn)用IP和IV之間電流波形I2的積分代替簡(jiǎn)單的I2項(xiàng)?PCOND(MOSFET)=[(IP3-IV3)/3]×RDS(ON)×D=[(IP3-IV3)/3]×RDS(ON)×VOUT/VIN式中，IP和IV別離對(duì)應(yīng)于電流波形的峰值和谷值，如圖3所示?MOSFET電流從IV線性上升到IP，例如：假如IV為0.25A，IP為1.75A，RDS(ON)為0.1Ω，VOUT為VIN/2(D=0.5)，根據(jù)均勻電流(1A)的核算成果為：PCOND(MOSFET)(運(yùn)用均勻電流)=12×0.1×0.5=0.050W.

運(yùn)用波形積分進(jìn)行更精確的核算：PCOND(MOSFET)(運(yùn)用電流波形積分進(jìn)行核算)=[(1.753-0.253)/3]×0.1×0.5=0.089W或近似為78%，高于依照均勻電流核算得到的成果?關(guān)于峰均對(duì)比小的電流波形，兩種核算成果的不一樣很小，運(yùn)用均勻電流核算即可滿足要求?

2、二極管傳導(dǎo)損耗

MOSFET的傳導(dǎo)損耗與RDS(ON)成正比，二極管的傳導(dǎo)損耗則在很大程度上取決于正導(dǎo)游通電壓(VF)。二極管一般比MOSFET損耗更大，二極管損耗與正向電流、VF和導(dǎo)通時(shí)刻成正比。因?yàn)镸OSFET斷開時(shí)二極管導(dǎo)通，二極管的傳導(dǎo)損耗(PCOND(DIODE))近似為：PCOND(DIODE)=IDIODE(ON)×VF×(1-D)式中，IDIODE(ON)為二極管導(dǎo)通時(shí)期的均勻電流。圖2所示，二極管導(dǎo)通時(shí)期的均勻電流為IOUT，因而，關(guān)于降壓型變換器，PCOND(DIODE)能夠依照下式預(yù)算：PCOND(DIODE)=IOUT×VF×(1-VOUT/VIN)與MOSFET功耗核算不一樣，選用均勻電流即可得到對(duì)比精確的功耗核算成果，因?yàn)槎O管損耗與I成正比，而不是I?。明顯，MOSFET或二極管的導(dǎo)通時(shí)刻越長(zhǎng)，傳導(dǎo)損耗也越大。關(guān)于降壓型變換器，輸出電壓越低，二極管發(fā)作的功耗也越大，因?yàn)樗幱趯?dǎo)通狀況的時(shí)刻越長(zhǎng)。

3、開關(guān)動(dòng)態(tài)損耗

因?yàn)锳CDC開關(guān)電源損耗是由開關(guān)的非抱負(fù)狀況導(dǎo)致的，很難預(yù)算MOSFET和二極管的開關(guān)損耗，器材從徹底導(dǎo)通到徹底封閉或從徹底封閉到徹底導(dǎo)通需求必定時(shí)刻，在這個(gè)進(jìn)程中會(huì)發(fā)作功率損耗。

開關(guān)損耗發(fā)作在MOSFET通、斷時(shí)期的過(guò)渡進(jìn)程開關(guān)損耗跟著SMPS頻率的增加而增大，這一點(diǎn)很簡(jiǎn)單了解，跟著開關(guān)頻率進(jìn)步(周期縮短)，開關(guān)過(guò)渡時(shí)刻所占份額增大，然后增大開關(guān)損耗。開關(guān)變換進(jìn)程中，開關(guān)時(shí)刻是占空比的二十分之一關(guān)于功率的影響要遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于開關(guān)時(shí)刻為占空比的十分之一的狀況。因?yàn)殚_關(guān)損耗和頻率有很大的聯(lián)系，工作在高頻時(shí)，開關(guān)損耗將成為首要的損耗因素。

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客戶感言

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北京合康億盛變頻科技股份有限公司

經(jīng)人介紹認(rèn)識(shí)了艾德杰，試著從他們那里買了一套產(chǎn)品，性能穩(wěn)定，故障幾乎沒有，即便有點(diǎn)小問(wèn)題，他們也會(huì)過(guò)來(lái)處理，后來(lái)就一直和他們進(jìn)行友好合作。
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武漢中元華電科技股份有限公司

在我們決定與艾德杰電源合作后，他們派出技術(shù)骨干和我們的技術(shù)部門溝通，充分了解了我司的使用需求后立即準(zhǔn)備方案，待我們確認(rèn)方案后，艾德杰的工作人員馬上將此提上日程，在距預(yù)約交貨期還有5天的時(shí)候，就已將我司定制的電源送上門，安裝調(diào)試，產(chǎn)品使用至今，一切良好，非常感謝艾德杰的鼎力支持，不辭勞苦的幫我們?cè)O(shè)計(jì)開發(fā)新產(chǎn)品，技術(shù)可靠，服務(wù)周到。
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中國(guó)中船重工集團(tuán)707所

我們公司的工程師只擅長(zhǎng)一部分工作，另一部分與電源有關(guān)的工作不是很擅長(zhǎng)，公司有個(gè)新項(xiàng)目需要他人來(lái)合伙開發(fā)，生產(chǎn)，一時(shí)半會(huì)兒找不到合作伙伴。網(wǎng)上找到了艾德杰，經(jīng)過(guò)實(shí)地考察，我們決定和艾德杰試著合作一次，整個(gè)合作過(guò)程，我們多次溝通，商量，他們的工程師技術(shù)好，經(jīng)驗(yàn)豐富，我們和他們一起探討，彼此的知識(shí)面都擴(kuò)大了，合作過(guò)程中設(shè)計(jì)到多次修改，他們的工程師半句怨言都沒有，合作的過(guò)程非常滿意，產(chǎn)品準(zhǔn)時(shí)交給我們使用，...
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北京鐵道機(jī)車研究所

一次偶然的機(jī)會(huì)艾德杰的銷售人員聯(lián)系到我們，我們抱著試試看的心情從他那里訂購(gòu)了一臺(tái)電源，性能很好，從那之后我們就建立了長(zhǎng)期的合作關(guān)系，偶爾有一點(diǎn)點(diǎn)的小故障，他們的工作人員都會(huì)很快的過(guò)來(lái)幫忙處理。服務(wù)熱情周到，他們才是我們的好兄弟，好幫手。
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李明仕

湖北武漢人 1970年7月出生碩士學(xué)歷。從事電源設(shè)計(jì)研發(fā)工作30年，先后擔(dān)任多家電源公司的技術(shù)總監(jiān) 技術(shù)成果 1． 1996年獲武漢市科學(xué)技術(shù)研究成果證書武科成證字(96)第014號(hào) 登記號(hào)WK9601003 成果名稱:DTK系列開關(guān)型直流穩(wěn)壓電源 2． 1996年武漢高創(chuàng)電子有限公司的電源項(xiàng)目獲得電源行業(yè)的第一個(gè)國(guó)家火炬計(jì)劃 3． 2000年武漢玉星電子有限責(zé)任公司<<電壓過(guò)零檢控軟開關(guān)電源>>項(xiàng)目獲科技部中小型企業(yè)創(chuàng)新基金無(wú)償資助,項(xiàng)目代號(hào)20004214054563 4.　電源方面各項(xiàng)專利近20項(xiàng)，其中發(fā)明專利2項(xiàng)。 5. 國(guó)內(nèi)電源期刊上發(fā)表多篇論文。

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沈錦飛

1955年出生，現(xiàn)任江南大學(xué)物聯(lián)網(wǎng)學(xué)院教授、碩士生導(dǎo)師。主要從事電力電子電路、裝置與電能質(zhì)量控制的研究和教學(xué)工作，發(fā)表學(xué)術(shù)論文30多篇，其中EI檢索5篇，獲得教育部科技進(jìn)步獎(jiǎng)、江蘇省教學(xué)成果獎(jiǎng)、無(wú)錫市科技進(jìn)步獎(jiǎng)，多項(xiàng)發(fā)明專利，主編本科教材；被評(píng)為無(wú)錫市優(yōu)秀教師、市級(jí)先進(jìn)個(gè)人。是中國(guó)自動(dòng)化學(xué)會(huì)會(huì)員、江蘇省電工協(xié)會(huì)自動(dòng)控制系統(tǒng)專委會(huì)委員、無(wú)錫市自動(dòng)化學(xué)會(huì)理事、無(wú)錫市電機(jī)工程學(xué)會(huì)理事。

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顏文旭

1971 年出生，現(xiàn)任江南大學(xué)物聯(lián)網(wǎng)工程學(xué)院教授，碩士生導(dǎo)師?，F(xiàn)主要從事電力電子技術(shù)及智能控制、機(jī)電一體化及過(guò)程控制等領(lǐng)域的研究和開發(fā)工作，發(fā)表學(xué)術(shù)論文30篇（其中EI收錄6篇），獲專利12項(xiàng)，參加編制十二五國(guó)家級(jí)規(guī)劃教材，國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目，省青年科學(xué)基金項(xiàng)目，市級(jí)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)，主持方塊地毯自動(dòng)包裝生產(chǎn)線開發(fā)、2.0MW風(fēng)力發(fā)電變流器、10kV高壓固態(tài)軟起動(dòng)器、船舶壓載水物理強(qiáng)化處理核心技術(shù)...

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