开关电源损耗有这些——看完这篇经验之谈恍然大悟(民熔)
开关电源常见损耗分析与对策
开关电源常见损耗分析与对策
以图一中典型的反激转换器(flyback converter)为例，去分析电源转换器的损耗。
因为反激转换器低价位和广泛的输入范围的特性，在实际应用层面受到欢迎。
对一个开关电源而言，主要的损耗包括了传导损耗(conduction loss)和切换损耗(switching loss)，以及由控制电路所造成的损耗。
表二、三、四分别对这些主要损耗，包括主要的传导损耗和切换损耗，控制电路所造成的损耗，列出了大约的估算，和常用的解决对策。
表二主要的开关损耗
表三主要的传导损耗
表四控制电路的主要损耗
可以很明显的发现无论是传导损耗或切换损耗，都和切换频率有很密切的关系。
降低切换频率可以有效的降低损耗，特别是在轻载时。
但由波宽调变产生器所产生的波宽必须被控制，免得造成磁性元件的饱和。
而且，反激转换器的输出能量可以表示为Po = (Vdc^2 ×Ton^2) /(2 ×Lp ×T) ×η，其中η代表转换效率。
在轻载时，导通时间(Ton)很短暂，增长切换週期(T)，或降低切换频率(fs)，是一个很直觉的想法。
buck电路 开关损耗 开关频率 导通损耗
buck电路开关损耗开关频率导通损耗【深入探究Buck电路的开关损耗与导通损耗】1. 引言：Buck电路是一种常用的降压型DC-DC转换器，广泛应用于各种电子设备中。
Buck电路通过开关频率的控制，将高压输入电源转换为所需的低压输出电源。
然而，在Buck电路的工作过程中，会产生开关损耗与导通损耗，这两种损耗对电路的效率和性能有重要影响。
2. 开关损耗：开关损耗是指在Buck电路的开关元件（如MOSFET）开关过程中产生的能量损耗。
在每个开关周期内，当MOSFET从导通状态切换到关断状态时，会出现导通损耗和关断损耗。
导通损耗主要由MOSFET的导通电阻和开关电压之间的功率损耗导致，关断损耗则是由于MOSFET在关断过程中的开关电压和关断电流之间的功率损耗引起。
3. 导通损耗：导通损耗是指在Buck电路的开关元件导通状态下产生的能量损耗。
当MOSFET处于导通状态时，会因为导通电阻而产生功率损耗。
导通电阻主要受到MOSFET的导通电阻和电流大小的影响，通过减小导通电阻和控制合理的电流大小，可以降低导通损耗。
4. 开关频率：在Buck电路中，开关频率的选择对开关损耗和导通损耗有着重要的影响。
较高的开关频率可以减少每个开关周期的时间，从而降低了开关损耗；而较低的开关频率则能减少开关元件切换的频率，降低导通损耗。
在选择开关频率时，需要权衡开关损耗和导通损耗之间的关系，以达到最佳的效果。
5. 个人观点和理解：Buck电路的开关损耗与导通损耗是在电路设计中需要重视的问题。
通过合理选择开关频率，能够在一定程度上平衡这两种损耗，从而提高Buck电路的效率和性能。
为了降低开关损耗，可以采用功率金属氧化物半导体场效应管（MOSFET）来替代传统的二极管开关，因为MOSFET具有更低的导通电阻。
选择合适的开关频率也是关键，需考虑电路工作条件和所需的输出电压范围。
通过精心设计和优化Buck电路，在保证稳定输出电压的前提下，可以最大程度地降低开关损耗和导通损耗，提高电路效率和性能。
开关电源设计-开关电源损耗分析与减小的方法
1.4 同步整流器可以使输出整流器导 通损耗的降低
为了降低输出整流器的导通损耗，可以采 用MOSFET构成同步整流器，如果一个导 通电阻为10mΩ的MOSFET流过20A电流， 其导通电压降仅仅0.2V！明显低于肖特基 二极管的在这个电流下的导通电压，如果 流过10A电流，则导通电压会更低。 这就是现在的高效率开关电源的输出整流 器采用同步整流器的最主要的原因。
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尽可能增加占空比可以降低导通损 耗
在开关管额定电流相同的条件下。占空比 为0.5的导通损耗是占空比0.4的导通损耗的 80%、是占空比0.4的导通损耗的60%。 这种损耗的减少是在不增加成本和电路复 杂性条件下通过改变工作状态轻而易举得 到的。
常规技术下开关管的导通损耗比例
MOSFET作为开关管时，导通损耗一般占 开关管总损耗的2/3； IGBT作为开关管时，导通损耗一般占开关 管总损耗的1/3。
开关管的驱动 驱动MOSFET实际上是对MOSFET的栅极 电容的充放电过程。 例如在100ns时间内驱动一个100nC栅极电 荷的MOSFET由关断到导通或由导通到关 断需要1A驱动电流，如果是200mA则驱动 时间就会变为500ns。对应的开关损耗将会 增加到1A驱动电流的5倍。 因此，驱动电流对于快速开关MOSFET非 常重要。
开关电源功耗分析
开关电源损耗分析1、输入和输出整流器损耗（占输入功率的２％以上）1）、输入浪涌电流抑制电路的损耗浪涌电流：上电是由于滤波电容器的电压不能跃变而导致的上电浪涌电流抑制方法：采用负温度系数热敏电阻；0.5~2W损耗；保险管损耗2）、电源滤波器的损耗共模电感绕组电阻的损耗；差模电感绕组电阻损耗；电源滤波器的Ｘ、Ｙ电容器的损耗；３）、输入整流器的损耗整流二极管通态的有效电压和电流将高于具有ＰＦＣ功能的整流电路损耗４）、滤波电容器的损耗滤波电容器的等效串联电阻（ＥＳＲ）与流过电容器两端的纹波电流平方的乘积；在无ＰＦＣ整流电路时，滤波电容器将流过约１Ａ的２陪的工频纹波电流。
桥式变换器的纹波电流比较低。
反激式变换器有很大开关频率的纹波电流约为１Ａ。
5）、输出整流的损耗输出整流的损耗：主要由输出整流器的开关损耗即反向恢复所造成的损耗。
与电路结构；控制模式；流过整流器的电流有效值有关。
电路结构：桥式变换器；推挽变换器：输出整流电路为全波整流电路其特点为：一个整流管导通压降低；占空比高，可以降低峰值电流和电流有效值。
单管，双管正激式采用续流二极管的半波整流电路：两个二极管压降，占空比约0.4，输出电流峰值和有效值比较高，相对损耗大。
单管，双管反激式变换器输出整流器工作于电流断续模式下，流过整流管的峰值电流和有效值电流比电流连续时的还要大，因此功耗最大2、开关损耗（主变换器的损耗）1）、利用软开关的方法降低开关管的开关损耗2）、3、缓冲电路损耗１）、4、导通损耗1）、采用同步整流器降低低压输出的整流器导通损耗5、控制、检测、驱动和保护电路损耗１）、6、滤波电容器的损耗１）、滤波电容器的损耗滤波电容器的等效串联电阻（ＥＳＲ）与流过电容器两端的纹波电流平方的乘积；在无ＰＦＣ整流电路时，滤波电容器将流过约１Ａ的２陪的工频纹波电流。
桥式变换器的纹波电流比较低。
反激式变换器有很大开关频率的纹波电流约为１Ａ、7、多级电源变换的损耗１）、8、变压器和电感的损耗１）、单端反激式变换器由于要承担变压器和电感的双重作用，因此，反激式变压器损耗最大。
buck电路 开关损耗 开关频率 导通损耗
标题：深度剖析Buck电路中的开关损耗与导通损耗在电源系统中，Buck电路是一种常见的降压开关电源，其工作稳定、效率高、成本低，因而受到了广泛的应用。
然而，在实际应用中，Buck电路的开关损耗和导通损耗是影响其效率和稳定性的重要因素。
本文将全面探讨Buck电路中的开关损耗和导通损耗，从简单到深入地剖析其原理和影响因素。
1. 核心概念Buck电路是一种电源降压转换器，通过开关管（MOSFET）的开关动作，将输入电压转换为输出电压。
在其工作过程中，开关管的导通和关断会产生开关损耗和导通损耗。
2. 开关损耗开关损耗是由开关管的导通和关断动作引起的能量损失。
主要包括导通时的通态损耗和关断时的反向恢复损耗。
导通时，开关管处于导通状态，存在导通电压降和导通电流，由此产生的功率损耗即为通态损耗；而在关断过程中，由于开关管内外部电感和电容的能量存储和释放，产生反向恢复损耗。
3. 导通损耗在Buck电路中，导通损耗是由开关管和二极管的导通引起的能量损耗。
在导通状态下，由于开关管和二极管内阻的存在，以及导通时的通态电压降和导通电流，会产生导通损耗。
4. 影响因素开关频率是影响Buck电路开关损耗和导通损耗的关键因素之一。
较高的开关频率会减小开关管和二极管的导通和关断时间，从而减小损耗。
然而，较高的开关频率也会导致开关管和二极管的开关损耗增加。
5. 个人观点在实际应用中，合理设计Buck电路的开关频率和开关管、二极管的参数是至关重要的。
在追求高效率和稳定性的需要综合考虑开关损耗和导通损耗，以达到最佳的性能和成本效益。
总结通过本文对Buck电路中的开关损耗和导通损耗的深入剖析，我们了解到了其工作原理和影响因素。
在实际应用中，我们应该综合考虑开关频率、开关管、二极管的参数等因素，以最大程度地降低损耗、提高效率和稳定性。
结语Buck电路中的开关损耗和导通损耗是影响其性能的重要因素，我们需要深入理解和合理设计，以应对不同的应用场景和要求。
开关电源串联均流方法汇总——这篇经验之谈再不看看就晚了(民熔)
开关电源三大串联均流技巧开关电源并联均流技术在实际应用中，往往由于一台直流稳定电源的输出参数（如电压、电流、功率）不能满足要求，而满足这种参数要求的直流稳定电源，存在重新开发、设计、生产的过程，势必加大电源的成本、延长交货时间、影响工程进度。
因此在实用中往往采用模块化的构造方法，采用一定规格系列的模块式电源，按照一定的串联或并联方式，分别达到输出电压、输出电流、输出功率扩展的目的。
但是电源输出参数的扩展，仅仅通过简单的串、并联方式还不能完全保证整个扩展后的电源系统稳定可靠的工作。
不论电源模块是扩压还是扩流，均存在一个“均压”、“均流”的问题，而解决方法的不同，对整个电源扩展系统的稳定性、可靠性都有很大的影响。
均流的主要任务是：（1）当负载变化时，每台电源的输出电压变化相同。
（2）使每台电源的输出电流按功率份额均摊。
1、最大电流自动均流法（民主均流法，自动主/从控制法）（1）工作原理电阻R用一个二极管代替，二极管正端接a，负端接b。
这样只有当n个单元中输出电流最大的一个电流放大器输出才能使二极管导通，从而影响均流母线电压，进而达到该单元均流调节作用。
这种方法一次只有一个单元参与调节工作。
（2）特点·在这种均流方式下，参与调节的单元由n个单元中的最大输出电流单元决定，一次只有这个最大输出电流单元工作，这个最大电流单元是随机的，所以有人把这种均流方法叫做“民主均流法”。
又由于一旦最大均流单元工作，它处于主控状态，别的单元则处于被控状态，因此又有人把这种方法叫做“自动主/从控制法”。
·由于二极管总有正向压降，因而主单元均流总有误差，而从单元的均流效果是较好的。
美国优尼则公司的UC3907集成均流控制芯片就工作在这种方式下。
最大均流法的特点和平均电流法的特点相似。
2、平均电流型自动负载均流法（自动均流）这种均流方式采用一个窄带电流放大器，输出端通过阻值为R的电阻连到均流母线上，n个单元采用n个这种结构。
周立功致远电子：磁性元件在开关电源中都有哪些损耗？
周立功致远电子：磁性元件在开关电源中都有哪些损耗？摘要：电源效率是电源的关键参数，除了需要了解开关元件的功耗组成，还要理解开关电源中磁性元件损耗的成分，这对降低开关电源损耗具有非常重要的意义。
开关电源磁性元件一般就是指变压器和电感，变压器在开关电源中应用非常广泛。
变压器的作用大致是提供初级和次级的电气隔离，使输出电压或升或降，传送能量。
电感在开关电源中起着储能和滤波作用。
在典型的降压转换中，电感的一端是连接到DC输出电压，另一端通过开关频率切换连接到输入电压或者GND，在开关判断期间对负载提供持续的能量。
通常情况下，磁性元件的损耗占开关电源总损耗的15%左右，了解磁性元件的损耗的组成对提高电源效率具有重要意义。
磁性元件上发生的损耗包括铁损和铜损。
铁损变压器铁损包括磁滞损耗、涡流损耗和剩余损耗。
磁滞损耗磁畴在电磁磁化作用下发生的转动，其中的弹性转动是储能，将来反向磁化磁能还会释放，但是另一部分刚性摩擦造成的形变就以热的形式散发出去，也就是磁滞损耗，它与磁滞回线的面积成正比. 磁滞损耗可以利用ZDS2024电源测试插件可计算。
这对于提高开关电源的效率具有重要的指导意义。
图1 磁芯的磁滞回线涡流损耗当变压器工作时。
磁芯中有磁力线穿过，在与磁力线垂直的平面上就会产生感应电流，由于电流自成闭合回路形成环流，且成旋涡状，故称为涡流。
涡流的存在使磁芯发热，消耗能量，这种损耗称为涡流损耗。
图2 磁芯中的涡流图3 叠片变化磁通产生的涡流剩余损耗主要是在高频1MHz以上一些驰豫损耗和旋磁共振等，在开关电源几百KHz的电力电子场合剩余损耗比例非常低，可以近似忽略。
铜损变压器绕组的损耗包含直流损耗和交流损耗。
1.直流损耗直流损耗主要是因为电流流过变压器绕组的实阻抗而引起的损耗，正比于电流有效值大小的平方. P=I2*R2.交流损耗相对复杂，包含绕组趋肤效应，临近效应引起的损耗。
a)集肤效应集肤效应又叫趋肤效应，是指导体通过交流电流时，在导体截面中，存在边缘部分电流密度大，中心部分电流密小的现象。
开关电源待机损耗
开关电源功耗分析首先要分析开关电源损耗的构成。
以反激式电源为例，其工作损耗主要表现为：MOSFET 导通损耗，MOSFET寄生电容损耗，开关交叠损耗，PWM控制器及其启动电阻损耗，输出整流管损耗，箝位保护电路损耗，反馈电路损耗等。
其中前三个损耗与频率成正比关系，即与单位时间内器件开关次数成正比。
在待机状态，主电路电流较小，MOSFET导通时间ton 很小，电路工作在DCM模式，故相关的导通损耗，次级整流管损耗等较小，此时损耗主要由寄生电容损耗和开关交叠损耗和启动电阻损耗构成。
提高待机效率的方法根据损耗分析可知，切断启动电阻，降低开关频率，减小开关次数可减小待机损耗，提高待机效率。
具体的方法有：降低时钟频率；由高频工作模式切换至低频工作模式，如准谐振模式（QuasiResonant，QR）切换至脉宽调制（PulseWidthModulation，PWM），脉宽调制切换至脉冲频率调制（PulseFrequencyModulation，PFM）；可控脉冲模式（BurstMode）。
（一）切断启动电阻对于反激式电源，启动后控制芯片由辅助绕组供电，启动电阻上压降为300V左右。
设启动电阻取值为47kΩ，消耗功率将近2W.要改善待机效率，必须在启动后将该电阻通道切断。
TOPSWITCH，ICE2DS02G内部设有专门的启动电路，可在启动后关闭该电阻。
若控制器没有专门启动电路，也可在启动电阻串接电容，其启动后的损耗可逐渐下降至零。
缺点是电源不能自重启，只有断开输入电压，使电容放电后才能再次启动电路。
（二）降低时钟频率时钟频率可平滑下降或突降。
平滑下降就是当反馈量超过某一阈值，通过特定模块，实现时钟频率的线性下降。
POWER公司的TOPSwitch-GX和SG公司的SG6848芯片内置了这样的模块，能根据负载大小调节频率。
（三）切换工作模式1.QR→PWM对于工作在高频工作模式的开关电源，在待机时切换至低频工作模式可减小待机损耗。
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开关电源损耗深度解读
能量转换系统必定存在能耗，虽然实际应用中无法获得100%的转换效率，但是，一个高质量的电源效率可以达到非常高的水平，效率接近95%。
绝大多数电源IC 的工作效率可以在特定的工作条件下测得，数据资料中给出了这些参数。
二极管传导损耗
MOSFET 的传导损耗与R DS(ON)成正比，二极管的传导损耗则在很大程度上取决于正向导通电压(VF)。
二极管通常比MOSFET 损耗更大，二极管损耗与正向电流、VF 和导通时间成正比。
由于MOSFET 断开时二极管导通，二极管的传导损耗(P COND(DIODE))近似为：
P COND(DIODE) = IDIODE(ON)×VF ×(1 - D)
式中，IDIODE(ON)为二极管导通期间的平均电流。
二极管导通期间的平均电流为I OUT，因此，对于降压型转换器，P COND(DIODE)可以按照下式估算：
P COND(DIODE) = I OUT×VF ×(1 - V OUT/V IN)
与MOSFET 功耗计算不同，采用平均电流即可得到比较准确的功耗计算结果，因为二极管损耗与I 成正比，而不是I2。
显然，MOSFET 或二极管的导通时间越长，传导损耗也越大。
对于降压型转换器，输出电压越低，二极管产生的功耗也越大，因为它处于导通状态的时间越长。
开关动态损耗
由于开关损耗是由开关的非理想状态引起的，很难估算MOSFET 和二极管的开关损耗，器件从完全导通到完全关闭或从完全关闭到完全导通需要一定时间，在这个过程中会产生功率损耗。
MOSFET 的漏源电压(V DS)和漏源电流(I DS)的关系图可以很好地解释MOSFET 在过渡过程中的开关损耗，从上半部分波形可以看出，t SW(ON)和t SW(OFF)期间电压和电流发生瞬变，MOSFET 的电容进行充电、放电。
V DS降到最终导通状态(= ID ×R DS(ON))之前，满负荷电流(ID)流过MOSFET。
相反，关断时，V DS在MOSFET 电流下降到零值之前逐渐上升到关断状态的最终值。
开关过程中，电压和电流的交叠部分即为造成开关损耗的来源。
优化SMPS
开关电源因其高效率指标得到广泛应用，但其效率仍然受SMPS 电路的一些固有损耗的制约。
设计开关电源时，需要仔细研究造成SMPS 损耗的来源，合理选择SMPS IC，从而充分利用器件的
优势，为了在保持尽可能低的电路成本，甚至不增加电路成本的前提下获得高效的SMPS，工程师需要做出全面的选择。
无源元件损耗
我们已经了解MOSFET 和二极管会导致SMPS 损耗。
采用高品质的开关器件能够大大提升效率，但它们并不是唯一能够优化电源效率的元件。
图1 详细介绍了一个典型的降压型转换器IC 的基本电路。
集成了两个同步整流MOSFET，低R DS(ON) MOSFET，效率很高。
这个电路中，开关元件集成在IC 内部，已经为具体应用预先选择了元器件。
然而，为了进一步提高效率，设计人员还需关注无源元件—外部电感和电容，了解它们对功耗的影响。