DC/DC轉(zhuǎn)換器數(shù)據(jù)表——計(jì)算系統(tǒng)損耗
出處:電源網(wǎng) 發(fā)布于:2023-07-24 15:29:26
下面我們將討論DC/DC穩(wěn)壓器元件的傳導(dǎo)損耗。
傳導(dǎo)損耗是由設(shè)備寄生電阻阻礙直流電流在DC/DC轉(zhuǎn)換器中的傳導(dǎo)產(chǎn)生的。傳導(dǎo)損耗與占空比有直接關(guān)系。當(dāng)集成上橋臂MOSFET打開后,負(fù)載電流就會(huì)從其中通過(guò)。漏-源通道電阻(RDSON)產(chǎn)生的功率耗散可以用公式1表示:
對(duì)于LM2673這樣的非同步設(shè)備,在集成MOSFET關(guān)閉時(shí),二極管被正向偏置。在此期間,電感電流通過(guò)輸出電容器、負(fù)載和正向偏置二極管降低。負(fù)載電流流過(guò)二極管產(chǎn)生的功率耗散可以用公式2表示:
其中VF是選定二極管的正向電壓降。
除了集成MOSFET與鉗位二極管中的傳導(dǎo)損耗,電感器中也有傳導(dǎo)損耗,因?yàn)槊恳粋€(gè)電感器都有有限的直流電阻(DCR),即線圈中導(dǎo)線的電阻。公式3表示電感器中的功率耗散:
傳導(dǎo)損耗取決于負(fù)載電流。負(fù)載增大時(shí),MOSFET中的傳導(dǎo)損耗會(huì)增加,而且是主要損耗因素。傳導(dǎo)損耗及開關(guān)、驅(qū)動(dòng)和內(nèi)部低壓差線性穩(wěn)壓器(LDO)的損耗會(huì)產(chǎn)生很多的熱量,增加集成電路(IC)的結(jié)溫。增加的結(jié)溫可以用公式4表示:
其中ICTj是IC的結(jié)溫,TA是環(huán)境溫度,θJA是IC到空氣的熱阻,ICPd是IC中總功率耗散。
MOSFET的RDSON通常有一個(gè)溫度系數(shù)(RdsonTco)。當(dāng)IC的結(jié)溫升高時(shí),RDSON會(huì)在溫度系數(shù)的基礎(chǔ)上超出額定值。數(shù)據(jù)表可能不含有這一參數(shù),而TI的WEBENCH?
Power Designer軟件可以提供這一信息,并用以計(jì)算設(shè)計(jì)效率,讓計(jì)算結(jié)果更。公式5可以根據(jù)結(jié)溫調(diào)整RDSON:
其中RdsonNom是數(shù)據(jù)表中 RDSON的額定值。
RDSON的增加取決于設(shè)備的散熱性能和結(jié)溫。不正確的散熱可能導(dǎo)致RDSON的大幅增加,引起負(fù)載效率的大幅下降。當(dāng)IC的芯片貼裝焊盤(DAP)與IC板上的焊接不正確時(shí),就會(huì)出現(xiàn)上述情況。
計(jì)算損耗是一個(gè)迭代過(guò)程。評(píng)估結(jié)溫和每次迭代計(jì)算IC電源損耗相應(yīng)的RDSON,才能得到的效率結(jié)果。WEBENCH Power
Designer能很好的處理這一過(guò)程;還能顯示被動(dòng)元件損耗的計(jì)算結(jié)果。了解這些損耗是非常重要的,因?yàn)檫@可以幫助選擇正確的元件和DC/DC穩(wěn)壓器,以保持良好的效率??倐鲗?dǎo)損耗可以用公式6表示:
眾觀所有損耗,公式7對(duì)其進(jìn)行加總得到總損耗:
公式8得到的是DC/DC穩(wěn)壓器設(shè)計(jì)效率:
圖1是LM2673在不同輸入電壓時(shí)的負(fù)載電流曲線對(duì)應(yīng)的整體效率??梢宰⒁獾截?fù)載電流低時(shí),效率會(huì)降低;從文章的第1和第2部分可以知道,這是開關(guān)損耗以及驅(qū)動(dòng)與LDO的損耗造成的。還需注意在負(fù)載電流時(shí),輸入電壓
(VIN)越高效率越低,這是因?yàn)殡妷涸礁唛_關(guān)損耗就越高。負(fù)載電流在1A以上時(shí),低VIN效率會(huì)相對(duì)較高,因?yàn)殚_關(guān)損耗降低。
圖1:LM2673效率
至此,我關(guān)于數(shù)據(jù)表中效率的三篇博客文章就全部結(jié)束了?,F(xiàn)在,您應(yīng)當(dāng)能夠理解DC/DC穩(wěn)壓器設(shè)計(jì)中不同元件的損耗。根據(jù)你的應(yīng)用需求,你現(xiàn)在可以清楚地確定何時(shí)選擇DC/DC穩(wěn)壓器及其開關(guān)頻率、散熱電路板空間,以及何時(shí)選擇二極管和電感器等被動(dòng)元件。選擇SIMPLE
SWITCHER DC/DC穩(wěn)壓器,在WEBENCH 電源設(shè)計(jì)工具中開始進(jìn)行設(shè)計(jì)吧。
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