DC-DC｜評估篇

小結

2020.04.22

DC-DC轉換器評估篇“損耗探討”共分10篇文章進行介紹，本文是最後一篇。對於同步整流式降壓轉換器，給出了如何區分損耗位置、計算每種損耗、並透過它們相加匯出總損耗的方法。另外，還介紹了實際應用中的損耗探討方法，比如用來選擇封裝的熱計算、以及切換頻率、輸入電壓、輸出電流變化時應該注意的主要損耗因素等。對於電源來說，高效率（換言之就是低損耗）是必不可少的條件，因此在設計時請參考這裡的資訊。下面匯總了相關各篇文章的關鍵要點：

損耗探討

前言

關鍵要點:

・損耗直接導致發熱等，使零件和設備的可靠性降低

・熱設計對於提高設備的安全性和可靠性來說非常重要。

・後續將探討電源電路的損耗部分、原因及其對策。

定義和發熱

關鍵要點:

・損耗是輸入功率與輸出功率的差，或效率的倒數。

・結溫為環境溫度＋發熱量，發熱量為損耗×熱阻（θj-a）。

・損耗會導致發熱，因而是重要的探討事項。

同步整流降壓轉換器的損耗

關鍵要點:

・同步整流降壓轉換器的損耗是各部位損耗之和。

同步整流降壓轉換器的傳導損耗

關鍵要點:

・同步整流降壓轉換器MOSFET的傳導損耗根據導通電阻和導通時的電流及導通期間來計算。

同步整流降壓轉換器的切換損耗

關鍵要點:

・同步整流降壓轉換器的開關損耗可通過開關的過渡時間及其期間的功率和開關頻率來計算。

同步整流降壓轉換器死區時間的損耗

關鍵要點:

・死區時間損耗是指在死區時間中因低側切換（MOSFET）本體二極體的正向電壓和負載電流而產生的損耗。

・死區時間是為了防止同步開關的直通電流而專門設置的。

同步整流降壓轉換器的控制IC功率損耗

關鍵要點:

・控制IC自身功耗帶來的損耗，對輕載時的效率有較大影響。

・損耗計算非常簡單，電源電流乘以電源電壓即可。

・測量條件請參考IC的技術規格書。

同步整流降壓轉換器的閘極電荷損耗

關鍵要點:

・閘極電荷損耗是由MOSFET的Qg（閘極電荷總量）引起的損耗。

・如果MOSFET的Qg相同，則損耗主要取決於切換頻率。

電感的DCR帶來的傳導損耗

關鍵要點:

・電感的DCR（直流電阻）和輸出電流會帶來傳導損耗。

電源IC的功率損耗計算範例

關鍵要點:

・電源IC的功率損耗是單個損耗的總和。

・關於計算所用的值，雖然有很多種看法，但應該通過計算最差條件下的損耗進行確認。

損耗的簡單計算方法

關鍵要點:

・電源IC的技術規格書中如果提供了效率曲線，可根據效率簡單計算損耗。

封裝選型時的熱計算範例 1

關鍵要點:

・求出損耗是為了進行熱設計。

・採取散熱對策確保Tj不要超過絕對最大額定值。

封裝選型時的熱計算範例 2

關鍵要點:

・求出損耗是為了進行熱設計。

・採取散熱對策確保Tj不要超過絕對最大額定值。

损耗因素

關鍵要點:

・整體損耗的構成部分——特定部位的損耗在某些工作條件下會增加。

・通過損耗計算公式瞭解其主要因素，就可以明白規格和條件變更時的注意要點。

探討透過提高切換頻率來實現小型化時的注意事項

關鍵要點:

・提高開關頻率可實現電源和應用的小型化，但會導致損耗增加，效率下降。

・增加的損耗中，主要是開關損耗和死區時間損耗。

・提高開關頻率所帶來的小型化和損耗增加（效率下降）之間存在此起彼消的矛盾關係。

・在很多情況下會綜合衡量尺寸和效率，取折衷方案。

探討高輸入電壓應用時的注意事項

關鍵要點:

・當輸入電壓升高時，主要增加的損耗是開關損耗。

・隨著切換損耗的增加，需要重新評估MOSFET的額定電壓和額定損耗。

・此外，還可考慮採用tr和tf更快、導通電阻和Qg低的MOSFET。

・電源規格中，如果能夠降低開關頻率就降低。如果將fSW減半，則損耗也會減半。

・如果是開關電晶體內置型的IC，則需要對IC本身進行評估。

探討高輸出電流應用時的注意事項　其1

關鍵要點:

・如果提高輸出電流，則MOSFET的導通電阻、切換、死區時間、電感的DCR損耗將會增加。

・選擇導通電阻低的MOSFET，提高切換速度，並使用DCR小的電感。

・大多數控制IC的死區時間是無法調整的。

・MOSFET的選型除導通電阻外還有其他需要探討的事項（見“其2”）。

探討高輸出電流應用時的注意事項　其2

關鍵要點:

・要提高輸出電流時，需要選擇導通電阻低的MOSFET，提高切換速度，並使用DCR小的電感。

・高耐壓低導通電阻的MOSFET往往Qg會增加，因此為了避免Qg增加導致的閘極電荷損耗的增加，需要選擇導通電阻低且Qg小的MOSFET。

・Qg低的MOSFET往往切換速度較快，因此需要注意切換雜訊是否有增加。

【下載資料】 探討降壓型DCDC轉換器的損耗

本資料可讓大家理解同步整流型降壓DC/DC轉換器的損耗。內容涵蓋了損耗定義、與發熱之間的關係、電路損耗計算公式、熱計算範例、應用與損耗之間的關係等。

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