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估算开关电源的内部损耗

2020-9-18 17:34:14 显示全部楼层
                            通常情况下要想搞清楚构成一个典型变换器的每个元器件上的寄生参数的性质,将有助于确定磁性元件参数、设计 PCB、设计 EMI 滤波器等。这是所有开关电源设计中最难的一部分。
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。这些阶段和它们的波形见图 1。
导通损耗可由开关两端电压和电流波形乘积测得。这些波形都近似线性,导通期间的功率损耗由式(1)给出。
控制这个损耗的典型方法是使功率开关导通期间的电压降最小。要达到这个目的,设计者必须使开关工作在饱和状态。这些条件由式(2a)和式(2b)给出,通过基极或栅极过电流驱动,确保由外部元器件而不是功率开关本身对集电极或漏极电流进行控制。
电源开关转换期间的开关损耗就更复杂,既有本身的因素,也有相关元器件的影响。与损耗有关的波形只能通过电压探头接在漏源极(集射极)端的示波器观察得到,交流电流探头可测量漏极或集电极电流。测量每一开关瞬间的损耗时,必须使用带屏蔽的短引线探头,因为任何有长度的非屏蔽的导线都可能引入其他电源发出的噪声,从而不能准确显示真实的波形。一旦得到了好的波形,就可用简单的三角形和矩形分段求和的方法,粗略算出这两条曲线所包围的面积。例如图 1 的开通损耗可用式(3)计算。
这个结果只是功率开关开通期间的损耗值,再加上关断和导通损耗可以得到开关期间的总损耗值。
                                               

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