上一篇文章介紹了不同條件下的主要損耗因素。從本文開始,將介紹為了滿足應(yīng)用的規(guī)格要求,在探討工作和運(yùn)行等過程中應(yīng)該注意的主要損耗因素及其對策。
探討通過提高開關(guān)頻率來實(shí)現(xiàn)應(yīng)用小型化時(shí)的注意事項(xiàng)
在開關(guān)方式的DC/DC轉(zhuǎn)換器電路中,如果提高開關(guān)頻率,就可以降低外置電感和電容器的值,也就是說,就可以使用更小形狀、更小封裝的電感和電容器,使電路所需的安裝面積變小,從而可實(shí)現(xiàn)設(shè)備的小型化。這是在小型便攜設(shè)備中常用的方法。
上一篇文章中介紹過,受開關(guān)頻率 fSW 影響的損耗因素主要有三項(xiàng):①柵極電荷損耗、②開關(guān)損耗、③死區(qū)時(shí)間損耗。
針對這些因素,下面來計(jì)算一下當(dāng)開關(guān)頻率提高時(shí),實(shí)際會增加多少損耗。條件使用“電源IC的功率損耗計(jì)算示例”中使用過的右側(cè)條件。將開關(guān)頻率從0.1MHz提高到2MHz。
下面是各計(jì)算公式和實(shí)際的計(jì)算值。柵極電荷損耗為H和L之和。
從計(jì)算公式可以看出,由于開關(guān)頻率 fSW 從0.1MHz提高到2MHz(20倍),幾種功率損耗也直接提高了20倍。然而,從整體功率損耗中每個(gè)值的比例來看,②開關(guān)損耗和③死區(qū)時(shí)間損耗占主導(dǎo)地位。下圖是相對于開關(guān)頻率的每種損耗數(shù)據(jù)。
如果用具體的數(shù)值來表示整體損耗,那就是:開關(guān)頻率0.1MHz時(shí)損耗為0.632W,開關(guān)頻率1MHz時(shí)損耗為1.208W,開關(guān)頻率2MHz時(shí)損耗為1.848W,很明顯隨著開關(guān)頻率的提高,損耗也在增加。
再計(jì)算一下效率:輸出功率為10W(5V/2A),輸入功率為輸出功率+損耗功率,因此在0.1MHz時(shí)效率為94.1%,1MHz時(shí)效率約為89.2%,2MHz時(shí)效率為84.4%,在實(shí)際上可能發(fā)生的從1MHz到2MHz的變化過程中,效率下降達(dá)4.8%。
考慮因素及對策
提高開關(guān)頻率可使用更小型的外置電感和電容器,從而可進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)電源及應(yīng)用的小型化。然而,提高開關(guān)頻率后,開關(guān)損耗和死區(qū)時(shí)間損耗隨之增加,效率隨之下降。也就是說,提高開關(guān)頻率所帶來的小型化和損耗增加(效率下降)之間,存在著此起彼消的矛盾關(guān)系。
作為其對策方案是基于應(yīng)用的要求,在可接受的損耗(效率)和尺寸范圍進(jìn)行平衡來設(shè)置開關(guān)頻率。如果是尺寸為第一優(yōu)先要素,則采用最快的開關(guān)頻率;如果是效率為第一優(yōu)先要素,則選擇最慢的開關(guān)頻率。不過很多情況下是綜合衡量尺寸和效率,取折中方案。
審核編輯:湯梓紅
評論