電源電路損耗問(wèn)題分析

您是否曾詳細計算過(guò)設計中的預計組件損耗，結果卻發(fā)現與實(shí)驗室測量結果有較大出入呢?本電源設計小貼士介紹了一種簡(jiǎn)便方法，以幫助您消除計算結果與實(shí)際測量結果之間的差異。該方法基于泰勒級數展開(kāi)式，其中規定(在賦予一定自由條件下)任何函數都可分解成一個(gè)多項式，如下所示：

如果意識到電源損耗與輸出電流相關(guān)(可用輸出電流替換 X)，那么系數項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)。第二項相關(guān)聯(lián)的損耗 a1 直接與輸出電流相關(guān)，其典型表現為輸出二極管損耗和開(kāi)關(guān)損耗。在輸出二極管中，大多數損耗是由于結電壓引起的，因此損耗會(huì )隨著(zhù)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)項與某些固定電壓的乘積近似得出。第三項很容易被識別為傳導損耗。其典型表現為 FET 電阻、磁性布線(xiàn)電阻和互聯(lián)電阻中的損耗。高階項可能在計算非線(xiàn)性損耗(如磁芯損耗)時(shí)有用。只有在考慮前三項情況下才能得出有用結果。計算三項系數的一種方法是測量三個(gè)工作點(diǎn)的損耗并成矩陣求解結果。如果損耗測量結果其中一項是在無(wú)負載的工況下得到(即所有損耗均等于第一項系數 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。一旦計算出系數，即可構建出類(lèi)似于圖 1、顯示三種損耗類(lèi)型的損耗曲線(xiàn)。該曲線(xiàn)在消除測量結果和計算結果之間的偏差時(shí)大有用處，并且有助于確定能夠提高效率的潛在區域。例如，在滿(mǎn)負載工況下，圖 1 中的損耗主要為傳導損耗。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系數相匹配實(shí)際損耗與三項式之間的相關(guān)性非常好。圖 2 對同步降壓穩壓器的測量數據與曲線(xiàn)擬合數據進(jìn)行了對比。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(如連續或非連續)不同、脈沖跳頻或變頻運行等原因，其他類(lèi)型的電源可能很難以如此匹配。這種方法并非絕對可靠，但是有助于電源設計人員理解實(shí)際電路損耗情況。

圖2 前三個(gè)損耗項提供了與測量值良好的相關(guān)性