電源損耗的案例
干貨 | 實用解析: 電源損耗的評估與計算
電源IC的功率損耗計算示例
此前計算了損耗發生部分的損耗，本文將介紹匯總這些損耗并作為電源IC的損耗進行計算的例子。
電源IC的功率損耗計算示例（內置MOSFET的同步整流型IC）
圖中給出了從“電源IC的損耗”這個角度考慮時相關的部分。本次以輸出段的MOSFET內置型IC為例進行說明。相關內容見圖中藍色所示部分。電感除外（因為電感是外置的）。如果計算此前的說明中使用的控制器型IC的損耗的話，是不包括MOSFET和電感損耗的。
要計算損耗時，需要有單獨計算時公式各項相應的值。原則上使用技術規格書中給出的值。
一般情況下，技術規格書的標準值（即IC參數的值）中，包括最小值、典型值、最大值。有些參數只有最小值或最大值，或只有典型值，并非所有的參數都具備這三種值。
關于應該使用這些值的哪個值，可能會有不同的看法，但我認為應該考慮到值的變化/波動，計算最差條件下的損耗。
此次將使用上圖給出的值。這些均是以最差條件為前提的值。計算步驟是先按照每種損耗的公式計算各自的損耗，然后再將損耗結果相加。
① 高邊MOSFET的傳導損耗
② 低邊MOSFET的傳導損耗
③ 高邊MOSFET的開關損耗
④ 死區時間損耗
⑤ IC控制電路的功率損耗
⑥ 柵極電荷損耗
電源IC的功率損耗總和：
在本示例中，電源IC的功率損耗約為1W。只要用于計算的數據完整，功率損耗計算并不難。
展開 干貨｜解析電源損耗的評估與計算
該損耗＝Pdead_time可利用下列公式計算出來。
從公式中可以看出，無論哪項越小損耗都會越少。IC的死區時間控制是設置為確保安全、損耗最小的時間。
同步整流降壓轉換器的控制IC功率損耗
? 控制IC的自身功率損耗
在該例中，使用同步整流式控制IC、即未內置功率開關的控制器型IC作為電源用IC。控制電源電路用的IC也需要電源來運行，當然也會消耗電力，而且，其功耗也會成為損耗的一部分。即上圖中的PIC。
在這里，我們來探討電源IC在純粹的控制工作中消耗的電力。這是因為控制IC含有用來開關外置MOSFET的柵極驅動器，通常，當功率開關連續開關時，柵極驅動器的功耗占主導地位。因此，在電源始終供給相應的負載電流的應用中，控制IC自身的功耗通常不會造成什么問題。然而，在輕負載時的間歇工作和周期非常長的PFM工作中，IC自身的功耗占主導地位，對效率會產生巨大影響。所以，當需要考慮輕負載時的效率時，就需要把握IC自身功耗帶來的損耗。
計算公式非常簡單。這是IC最簡單的功耗計算，但可能需要進行一些探討。
為了確保與其他部分之間的整合性，這里給出了開關的波形，不過有的IC的技術規格書中給出的測量條件，可能是停止開關的條件。
另外，由于IC引腳的關系，控制電路用的電源引腳和柵極驅動器用的電源引腳可以是分開的或復用的。GND也一樣。區分自身功耗和驅動器功耗有時并不容易。
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電源IC的功率損耗計算示例
此前計算了損耗發生部分的損耗，本文將介紹匯總這些損耗并作為電源IC的損耗進行計算的例子。
電源IC的功率損耗計算示例（內置MOSFET的同步整流型IC）
圖中給出了從“電源IC的損耗”這個角度考慮時相關的部分。本次以輸出段的MOSFET內置型IC為例進行說明。相關內容見圖中藍色所示部分。電感除外（因為電感是外置的）。如果計算此前的說明中使用的控制器型IC的損耗的話，是不包括MOSFET和電感損耗的。
要計算損耗時，需要有單獨計算時公式各項相應的值。原則上使用技術規格書中給出的值。
一般情況下，技術規格書的標準值（即IC參數的值）中，包括最小值、典型值、最大值。有些參數只有最小值或最大值，或只有典型值，并非所有的參數都具備這三種值。
關于應該使用這些值的哪個值，可能會有不同的看法，但我認為應該考慮到值的變化/波動，計算最差條件下的損耗。
此次將使用上圖給出的值。這些均是以最差條件為前提的值。計算步驟是先按照每種損耗的公式計算各自的損耗，然后再將損耗結果相加。
① 高邊MOSFET的傳導損耗
② 低邊MOSFET的傳導損耗
③ 高邊MOSFET的開關損耗
④ 死區時間損耗
⑤ IC控制電路的功率損耗
⑥ 柵極電荷損耗
電源IC的功率損耗總和：
在本示例中，電源IC的功率損耗約為1W。只要用于計算的數據完整，功率損耗計算并不難。
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能量轉換系統必定存在能耗，雖然實際應用中無法獲得100%的轉換效率，但是，一個高質量的電源效率可以達到非常高的水平，效率接近95%。絕大多數電源IC 的工作效率可以在特定的工作條件下測得，數據資料中給出了這些參數。一般廠商會給出實際測量的結果，但我們只能對我們自己的數據擔保。圖1 給出了一個SMPS 降壓轉換器的電路實例，轉換效率可以達到97%，即使在輕載時也能保持較高效率。采用什么秘訣才能達到如此高的效率？我們最好從了解SMPS 損耗的公共問題開始，開關電源的損耗大部分來自開關器件(MOSFET 和二極管)，另外小部分損耗來自電感和電容。但是，如果使用非常廉價的電感和電容(具有較高電阻)，將會導致損耗明顯增大。選擇IC 時，需要考慮控制器的架構和內部元件，以期獲得高效指標。例如，圖1 采用了多種方法來降低損耗，其中包括：同步整流，芯片內部集成低導通電阻的MOSFET，低靜態電流和跳脈沖控制模式。我們將在本文展開討論這些措施帶來的好處。
圖1. 降壓轉換器集成了低導通電阻的MOSFET，采用同步整流，效率曲線如圖所示
降壓型SMPS
損耗是任何SMPS 架構都面臨的問題，我們在此以圖2 所示降壓型(或buck)轉換器為例進行討論，圖中標明各點的開關波形，用于后續計算。
降壓轉換器的主要功能是把一個較高的直流輸入電壓轉換成較低的直流輸出電壓。為了達到這個要求，MOSFET 以固定頻率(fS)，在脈寬調制信號(PWM)的控制下進行開、關操作。當MOSFET 導通時，輸入電壓給電感和電容(L 和COUT)充電，通過它們把能量傳遞給負載。在此期間，電感電流線性上升，電流回路如圖2 中的回路1 所示。
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干貨｜詳解開關電源8大損耗
能量轉換系統必定存在能耗，雖然實際應用中無法獲得100%的轉換效率，但是，一個高質量的電源效率可以達到非常高的水平，效率接近95%。絕大多數電源IC 的工作效率可以在特定的工作條件下測得，數據資料中給出了這些參數。一般廠商會給出實際測量的結果，但我們只能對我們自己的數據擔保。圖1 給出了一個SMPS 降壓轉換器的電路實例，轉換效率可以達到97%，即使在輕載時也能保持較高效率。采用什么秘訣才能達到如此高的效率？我們最好從了解SMPS 損耗的公共問題開始，開關電源的損耗大部分來自開關器件(MOSFET 和二極管)，另外小部分損耗來自電感和電容。但是，如果使用非常廉價的電感和電容(具有較高電阻)，將會導致損耗明顯增大。選擇IC 時，需要考慮控制器的架構和內部元件，以期獲得高效指標。例如，圖1 采用了多種方法來降低損耗，其中包括：同步整流，芯片內部集成低導通電阻的MOSFET，低靜態電流和跳脈沖控制模式。我們將在本文展開討論這些措施帶來的好處。
圖1. 降壓轉換器集成了低導通電阻的MOSFET，采用同步整流，效率曲線如圖所示
降壓型SMPS
損耗是任何SMPS 架構都面臨的問題，我們在此以圖2 所示降壓型(或buck)轉換器為例進行討論，圖中標明各點的開關波形，用于后續計算。
降壓轉換器的主要功能是把一個較高的直流輸入電壓轉換成較低的直流輸出電壓。為了達到這個要求，MOSFET 以固定頻率(fS)，在脈寬調制信號(PWM)的控制下進行開、關操作。當MOSFET 導通時，輸入電壓給電感和電容(L 和COUT)充電，通過它們把能量傳遞給負載。在此期間，電感電流線性上升，電流回路如圖2 中的回路1 所示。
當MOSFET 斷開時，輸入電壓斷開與電感的連接，電感和輸出電容為負載供電。
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優化SMPS：開關電源因其高效率指標得到廣泛應用，但其效率仍然受SMPS 電路的一些固有損耗的制約。設計開關電源時，需要仔細研究造成SMPS 損耗的來源，合理選擇SMPS IC，從而充分利用器件的優勢，為了在保持盡可能低的電路成本，甚至不增加電路成本的前提下獲得高效的SMPS，工程師需要做出全面的選擇。
5、無源元件損耗
我們已經了解MOSFET 和二極管會導致SMPS 損耗。采用高品質的開關器件能夠大大提升效率，但它們并不是唯一能夠優化電源效率的元件。
圖1 詳細介紹了一個典型的降壓型轉換器IC 的基本電路。集成了兩個同步整流MOSFET，低RDS(ON) MOSFET，效率很高。這個電路中，開關元件集成在IC 內部，已經為具體應用預先選擇了元器件。然而，為了進一步提高效率，設計人員還需關注無源元件—外部電感和電容，了解它們對功耗的影響。
6、電感功耗阻性損耗
電感功耗包括線圈損耗和磁芯損耗兩個基本因素，線圈損耗歸結于線圈的直流電阻(DCR)，磁芯損耗歸結于電感的磁特性。
DCR 定義為以下電阻公式：
式中，ρ 為線圈材料的電阻系數，l 為線圈長度，A 為線圈橫截面積。
DCR 將隨著線圈長度的增大而增大，隨著線圈橫截面積的增大而減小。可以利用該原則判斷標準電感，確定所要求的不同電感值和尺寸。
展開 干貨｜詳盡分析開關電源電路的各種損耗
與開關電源工作相關的損耗
鉗位電路損耗
有放電電阻存在，mos開關管每次開關都會產生放電損耗
改善方法：用TVS鉗位如下圖，可免除電阻放電損耗（注意：此處只能降低電阻放電損耗，漏感能量引起的尖峰損耗是不能避免的）
當然最根本的改善辦法是，降低變壓器漏感。
供電繞組的損耗
電源芯片是需要一定的電流和電壓進行工作的，如果Vcc供電電壓越高損耗越大。
干貨｜開關電源電路各種損耗的分析
03
與開關電源工作相關的損耗
04
鉗位電路損耗
有放電電阻存在，mos開關管每次開關都會產生放電損耗
改善方法：用TVS鉗位如下圖，可免除電阻放電損耗（注意：此處只能降低電阻放電損耗，漏感能量引起的尖峰損耗是不能避免的）
當然最根本的改善辦法是，降低變壓器漏感。
05
供電繞組的損耗
電源芯片是需要一定的電流和電壓進行工作的，如果Vcc供電電壓越高損耗越大。
改善方法：由于IC內部消耗的電流是不變的，在保證芯片能在安全工作電壓區間的前提下盡量降低Vcc供電電壓！
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與開關電源工作相關的損耗
鉗位電路損耗
有放電電阻存在，mos開關管每次開關都會產生放電損耗
改善方法：用TVS鉗位如下圖，可免除電阻放電損耗（注意：此處只能降低電阻放電損耗，漏感能量引起的尖峰損耗是不能避免的）
當然最根本的改善辦法是，降低變壓器漏感。
供電繞組的損耗
電源芯片是需要一定的電流和電壓進行工作的，如果Vcc供電電壓越高損耗越大。
干貨 | 開關電源電路各種損耗的分析
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藍字
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01
輸入部分損耗
1、脈沖電流造成的共模電感T的內阻損耗加大
適當設計共模電感，包括線徑和匝數
2、放電電阻上的損耗
在符合安規的前提下加大放電電阻的組織
3、熱敏電阻上的損耗
在符合其他指標的前提下減小熱敏電阻的阻值
02
啟動損耗
普通的啟動方法，開關電源啟動后啟動電阻回路未切斷，此損耗持續存在。
【干貨分享】開關電源 MOS管損耗
開關模式電源（Switch Mode Power Supply），又稱交換式電源、開關變換器，是一種高頻化電能轉換裝置，是電源供應器的一種。其功能是將一個位準的電壓，透過不同形式的架構轉換為用戶端所需求的電壓或電流。開關電源的輸入多半是交流電源（例如市電）或是直流電源，而輸出多半是需要直流電源的設備，例如個人電腦，而開關電源就進行兩者之間電壓及電流的轉換。
開關損耗包括導通損耗和截止損耗。導通損耗指功率管從截止到導通時,所產生的功率損耗。截止損耗指功率管從導通到截止時,所產生的功率損耗。開關損耗（Switching-Loss）包括開通損耗（Turn-on Loss）和關斷損耗(Turn-of Loss)，常常在硬開關（Hard-Switching）和軟開關（Soft-Switching）中討論。所謂開通損耗（Turn-on Loss），是指非理想的開關管在開通時，開關管的電壓不是立即下降到零，而是有一個下降時間，同時它的電流也不是立即上升到負載電流，也有一個上升時間。在這段時間內，開關管的電流和電壓有一個交疊區，會產生損耗，這個損耗即為開通損耗。以此類比，可以得出關斷損耗產生的原因，這里不再贅述。開關損耗另一個意思是指在開關電源中，對大的MOS管進行開關操作時，需要對寄生電容充放電，這樣也會引起損耗。
展開 
如何利用模擬乘法器提高高邊電流檢測的測量精度
為了控制系統發熱和電源損耗，要求降低這些電壓的輸出功率。在便攜式消類產品中，高邊電流檢測放大器用來監測鋰電池的充、放電電流。汽車應用中，這樣的放大器不僅可以監測電池電流，也可以用來進行馬達控制和GPS天線檢測。在通信基站中，這樣的放大器也被用來監測功率放大器的電流。 ……
來源：http://www.autoelectronics.eet-c ... 001_TA_caf4ef6d.HTM
基于可靠性理論的交流接觸器可靠性試驗研究.doc
直流開關電源經典問題解答
開關變壓器的匝數比與輸入輸出電壓的比值有關，與開關電源的占空比有關。
16、老師您好！初期峰值電流IP 和反激電壓VOR 以及最優化的反激電源占空比 如何設定，謝謝！
專家解答：反激式開關電源的初、次級線圈產生的反激電壓的大小均與開關電源的占空比有關，以及與輸入電壓有關，在選擇開關電源的占空比時，必須考慮，初、級線圈產生的反激電壓峰值與工作電壓（輸入電壓）之和不能超過電源開關管耐壓Bvmax的0.7倍，根據此條件（Bvmax）就可以計算反激式開關電源在最高輸入電壓時的最大占空比Dmax。例如，Bvmax為650V的電源開關管，在輸入電壓為AC260V時，其占空比只能選為0.306左右。
17、老師您好！反激式電源開關頻率如何優化選擇？VOR反激電壓如何優化設置，在什么情況下最合適？謝謝！匝比如何 最優化計算？
專家解答：反激式開關電源工作頻率的選擇主要與開關電源的工作效率有關，而開關電源的工作效率又主要與開關電源管、開關變壓器的損耗（磁滯損耗和渦流損耗）有關，這兩者的損耗均與頻率成正比。開關電源管的損耗主要由開通損耗（導通時間損耗）和關斷損耗（關斷時間損耗）組成，開關電源管的導通時間和關斷時間越長，這兩個損耗就越大。
一般大功率開關電源管的導通時間和關斷時間都比小功率開關電源管的導通時間和關斷時間長很多，所以大功率開關電源的工作頻率一般都取得比較低。在考慮開關電源的工作效率時，如果從開關電源的體積和成本等方面考慮，最好選工作效率為80%左右較為合適，此時，開關電源管的損耗大約占總損耗的50%，開關變壓器的損耗大約占總損耗的30%，其余電路的損耗大約占總損耗的20%。開關變壓器的匝數比與輸入輸出電壓的比值有關，與開關電源的占空比有關。
18、老師您好，我做的反激式變壓器電源輸出側有毛刺，且毛刺的頻率和原邊開關頻率一樣，怎么消除毛刺呢？
展開 直流開關電源經典問題解答
開關變壓器的匝數比與輸入輸出電壓的比值有關，與開關電源的占空比有關。
16、老師您好！初期峰值電流IP 和反激電壓VOR 以及最優化的反激電源占空比 如何設定，謝謝！
專家解答：反激式開關電源的初、次級線圈產生的反激電壓的大小均與開關電源的占空比有關，以及與輸入電壓有關，在選擇開關電源的占空比時，必須考慮，初、級線圈產生的反激電壓峰值與工作電壓（輸入電壓）之和不能超過電源開關管耐壓Bvmax的0.7倍，根據此條件（Bvmax）就可以計算反激式開關電源在最高輸入電壓時的最大占空比Dmax。例如，Bvmax為650V的電源開關管，在輸入電壓為AC260V時，其占空比只能選為0.306左右。
17、老師您好！反激式電源開關頻率如何優化選擇？VOR反激電壓如何優化設置，在什么情況下最合適？謝謝！匝比如何 最優化計算？
專家解答：反激式開關電源工作頻率的選擇主要與開關電源的工作效率有關，而開關電源的工作效率又主要與開關電源管、開關變壓器的損耗（磁滯損耗和渦流損耗）有關，這兩者的損耗均與頻率成正比。開關電源管的損耗主要由開通損耗（導通時間損耗）和關斷損耗（關斷時間損耗）組成，開關電源管的導通時間和關斷時間越長，這兩個損耗就越大。
一般大功率開關電源管的導通時間和關斷時間都比小功率開關電源管的導通時間和關斷時間長很多，所以大功率開關電源的工作頻率一般都取得比較低。在考慮開關電源的工作效率時，如果從開關電源的體積和成本等方面考慮，最好選工作效率為80%左右較為合適，此時，開關電源管的損耗大約占總損耗的50%，開關變壓器的損耗大約占總損耗的30%，其余電路的損耗大約占總損耗的20%。開關變壓器的匝數比與輸入輸出電壓的比值有關，與開關電源的占空比有關。
18、老師您好，我做的反激式變壓器電源輸出側有毛刺，且毛刺的頻率和原邊開關頻率一樣，怎么消除毛刺呢？
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在考慮開關電源的工作效率時，如果從開關電源的體積和成本等方面考慮，最好
選工作效率為80%左右較為合適，此時，開關電源管的損耗大約占總損耗的50%，開關變壓器的損耗大約占總損耗的30%，其余電路的損耗大約占總損耗的20%。開關變壓器的匝數比與輸入輸出電壓的比值有關，與開關電源的占空比有關。
16、老師您好！初期峰值電流IP 和反激電壓VOR 以及最優化的反激電源占空比 如何設定，謝謝！
專家解答：反激式開關電源的初、次級線圈產生的反激電壓的大小均與開關電源的占空比有關，以及與輸入電壓有關，在選擇開關電源的占空比時，必須考慮，初、級線圈產生的反激電壓峰值與工作電壓（輸入電壓）之和不能超過電源開關管耐壓Bvmax的0.7倍，根據此條件（Bvmax）就可以計算反激式開關電源在最高輸入電壓時的最大占空比Dmax。例如，Bvmax為650V的電源開關管，在輸入電壓為AC260V時，其占空比只能選為0.306左右。
17、老師您好！反激式電源開關頻率如何優化選擇？VOR反激電壓如何優化設置，在什么情況下最合適？謝謝！匝比如何 最優化計算？
專家解答：反激式開關電源工作頻率的選擇主要與開關電源的工作效率有關，而開關電源的工作效率又主要與開關電源管、開關變壓器的損耗（磁滯損耗和渦流損耗）有關，這兩者的損耗均與頻率成正比。開關電源管的損耗主要由開通損耗（導通時間損耗）和關斷損耗（關斷時間損耗）組成，開關電源管的導通時間和關斷時間越長，這兩個損耗就越大。
一般大功率開關電源管的導通時間和關斷時間都比小功率開關電源管的導通時間和關斷時間長很多，所以大功率開關電源的工作頻率一般都取得比較低。
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