是什么因素影響了開關(guān)電源模塊的工作效率

（文章來源：高能立方電源）

在能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，必然是會(huì)產(chǎn)生損耗，所以在實(shí)際應(yīng)用中，開關(guān)電源模塊工作效率只能盡可能接近百分百。因?yàn)槿Q于元件自身，所以只能通過元件技術(shù)來改進(jìn)。下面分析下影響開關(guān)電源模塊效率的主要因素有哪些。

開關(guān)電源模塊的損耗主要來自開關(guān)元件MOSFET和二極管，另一部分來自電容和電感。MOSFET和二極管由于自身特性，會(huì)大大降低系統(tǒng)效率，可分成傳導(dǎo)損耗和開關(guān)損耗倆部分。簡單來說，任何電流回路都存在損耗電阻，會(huì)造成能量損耗。MOSFET和二極管是開關(guān)元件，在導(dǎo)通電流流過MOSFET或二極管時(shí)，會(huì)有導(dǎo)通壓降。由于MOSFET只有在導(dǎo)通時(shí)才有電流流過，所以MOSFET的傳導(dǎo)損耗與其導(dǎo)通電阻、占空比和導(dǎo)通時(shí)的電流有關(guān)。

而二極管的傳導(dǎo)損耗則取決于自身的導(dǎo)通壓降（VF），導(dǎo)通壓降相對(duì)較大。因此，二極管與MOSFET相比會(huì)引入更大的傳導(dǎo)損耗。二極管的傳導(dǎo)損耗由導(dǎo)通電流、導(dǎo)通壓降、導(dǎo)通時(shí)間決定。

目前減小開關(guān)元件損耗的直接途徑是選擇低導(dǎo)通電阻、可快速切換的MOSFET。或選擇低導(dǎo)通壓降、快速恢復(fù)的二極管。一般增加芯片尺寸和漏源極擊穿電壓會(huì)有助于降低導(dǎo)通電阻，在選擇MOSFET時(shí)需要在尺寸和效率之間進(jìn)行權(quán)衡。導(dǎo)通電阻和柵源偏置電壓成反比，推薦使用足夠大的柵極電壓使MOSFET充分導(dǎo)通，但會(huì)增大柵極驅(qū)動(dòng)損耗。開關(guān)控制器件本身通常無法產(chǎn)生較高的柵極驅(qū)動(dòng)電壓，除非芯片提供有自舉電路或采用外部柵極驅(qū)動(dòng)。

由于MOSFET的正溫度特性，當(dāng)芯片溫度升高時(shí)，導(dǎo)通電阻會(huì)相應(yīng)增大。因此，需采用適當(dāng)?shù)臒峁芾矸桨副３州^低的結(jié)溫，使導(dǎo)通電阻不會(huì)過大。MOSFET的開關(guān)損耗取決于寄生電容，較大的寄生電容需要較長的充電時(shí)間，使開關(guān)轉(zhuǎn)換變緩，損耗更多的能量。

電容在開關(guān)電源模塊電路中主要起穩(wěn)壓、濾除輸入、輸出噪聲等作用，這些損耗降低了效率?？煞譃槿N現(xiàn)象講解，有等效串聯(lián)電阻損耗、漏電流損耗和電介質(zhì)損耗。電流在每個(gè)開關(guān)周期流入、流出電容，電容固有的電阻會(huì)造成一定功耗。漏電流損耗是由于電容絕緣材料的電阻導(dǎo)致較小電流流過電容而產(chǎn)生的功率損耗。電介質(zhì)損耗是由于電容兩端施加了交流電壓，電容電場發(fā)生變化，從而使電介質(zhì)分子極化造成功率損耗。

在低功耗應(yīng)用場合中，可替代快恢復(fù)二極管的是肖特基二極管。其優(yōu)點(diǎn)是恢復(fù)時(shí)間幾乎可以忽略，反向恢復(fù)電壓只有普通二極管的一半。缺點(diǎn)是它的工作電壓遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于快恢復(fù)二極管。因此，肖特基二極管廣泛用于低功耗場合設(shè)計(jì)，在低占空比時(shí)可以降低開關(guān)二極管的損耗。

電感功耗包括線圈損耗和磁芯損耗，線圈損耗歸結(jié)于線圈的直流電阻，磁芯損耗歸結(jié)于電感的磁特性。對(duì)一個(gè)固定的電感值，電感尺寸較小時(shí)，為了保持相同匝數(shù)必須減小線圈的橫截面積，從而導(dǎo)致直流電阻增大。

磁芯損耗由磁滯、渦流損耗組成，直接影響鐵芯的交變磁通。在開關(guān)電源模塊中，盡管平均直流電流流過電感，但通過電感的開關(guān)電壓變化產(chǎn)生的紋波電流會(huì)導(dǎo)致磁芯周期性的磁通變化。磁滯損耗源于每個(gè)交流周期中磁芯偶極子的重新排列所消耗的功率，正比于頻率和磁通密度。

效率低的開關(guān)電源模塊，會(huì)帶來很大的溫升，在高溫下工作，會(huì)影響系統(tǒng)的可靠性。因此，提高效率和降低產(chǎn)品溫升成為了電源工程師的重要工作之一。
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