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PWM开关电源内部的主要损耗

要提高开关电源的效率,就必须分辨和粗略估算各种损耗。开关电源内部的损耗大致可分为四个方面:开关损耗、导通损耗、附加损耗和电阻损耗。这些损耗通常会在有损元器件中同时出现,下面将分别讨论。

与功率开关有关的损耗

功率开关是典型的开关电源内部最主要的两个损耗源之一。损耗基本上可分为两部分:导通损耗和开关损耗。导通损耗是当当功率器件已被开通,且驱动和开关波形已经稳定以后,功率开关处于导通状态时的损耗;开关损耗是出现在功率开关被驱动,进入一个新的工作状态,驱动和开关波形处于过渡过程时的损耗。

与输出整流器有关的损耗

在典型的非同步整流器开关电源内部的总损耗中,输出整流器的损耗占据了全部损耗的40%-65%。整流器损耗也可以分成三个部分:开通损耗、导通损耗、关断损耗。整流器的导通损耗就是在整流器导通并且电流电压波形稳定时的损耗。这个损耗的抑制是通过选择流过一定电流时最低正向压降的整流管而实现的。

与滤波电容有关的损耗

输入输出滤波电容并不是开关电源的主要损耗源,尽管它们对电源的工作寿命影响很大。如果输入电容选择不正确的话,会使得电源工作时达不到它实际应有的高效率。

每个电容器都有与电容相串联的小电阻和电感。等效串联电阻(ESR)和等效串联电感(ESL)是由电容器的结构所导致的寄生元件,它们都会阻碍外部信号加在内部电容上。因此电容器在直流工作时性能最好,但在电源的开关频率下性能会差很多。

输入输出电容是功率开关或输出整流器产生的高频电流的唯一来源,所以通过观察这些电流波形可以合理地确定流过这些电容ESR的电流。这个电流不可避免地在电容内产生热量。设计滤波电容的主要任务就是确保电容内部发热足够低,以保证产品的寿命。

附加损耗

附加损耗与所有运行功率电路所需的功能器件有关,这些器件包括与控制IC相关的电路以及反馈电路。相比于电源的其他损耗,这些损耗一般较小,但是可以作些分析看看是否有改进的可能。

与磁性元件有关的损耗

与变压器和电感有关的损耗主要有三种:磁滞损耗、涡流损耗和电阻损耗。在设计和构造变压器和电感时可以控制这些损耗。
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