若何进步开关电源效力？体例详解-KIA MOS管

下降 MOSFET功率耗损

下降 MOSFET功率耗损的间接路子是：挑选低导通电阻 RDS(ON)、可疾速切换的 MOSFET。

影响 MOSFET导通电阻的身分首要有以下几种：

（1）MOSFET的导通电阻跟着芯片尺寸和漏源极击穿电压(VBR(DSS))的增大而增大，因为增添了 MOSFET 中的半导体材料。以是，比拟较而言，过大尺寸的 MOSFET 会增大功率耗损。

（2）MOSFET的导通电阻受结温的影响，当 MOSFET 的结温升高时，MOSFET 导通电阻会响应增大。是以，必须坚持较低的结温，使导通电阻 RDS(ON)不会过大。

（3）MOSFET的导通电阻和栅源电压成正比，较大栅源电压可以或许下降 MOSFET 的导通电阻，可是也会增大栅极驱动耗损，是以，须要均衡 MOSFET 导通电阻和栅极驱动耗损。

MOSFET 的开关耗损与寄生电容有关，较大的寄生电容须要较长的充电时候，使开关切换变缓，耗损更多能量。米勒电容凡是在 MOSFET 数据材料中界说为反向传输电容(CRSS)或栅-泄电容(CGD)，在开关进程中对切换时候起决议感化。

米勒电容的充电电荷用 QGD表现，为了疾速切换 MOSFET，请求尽可以或许低的米勒电容。普通来讲，MOSFET 的寄生电容和芯片尺寸成正比，是以必须折衷斟酌开关耗损和传导耗损，同时也要谨严挑选电路的开关频次。

下降二极管功率耗损

对二极管，必须下降导通压降，以下降由此发生的耗损。对小尺寸、额外电压较低的硅二极管，导通压降普通在 0.7V 到 1.5V 之间。二极管的尺寸、工艺和耐压品级城市影响导通压降和反向规复时候，大尺寸和耐压值较高的二极管凡是具备较高的 VF 和 tRR，这会形成比拟大的耗损。

开关二极管普通以速率分别，分为疾速（fast,）、高速（super fast）和超高速（ultrafast）二极管，反向规复时候跟着速率的进步而下降。疾速规复二极管的 tRR 为几百纳秒，而超高速快规复二极管的 tRR 为几十纳秒。

对照 PN 结二极管和肖特基二极管可知：

（1）PN 结二极管常常具备较大的正向导通电压，较大的额外电压和电流，使得其合适于更高的功率操纵。不过，即便颠末优化的 VF 和 tRR，常常也不会操纵在低功耗的场景，因为效力太低。

（2）肖特基二极管则常常操纵在低功耗场景，因为具备较低的 VF(0.4V 至 1V)和极小的 tRR，出格合用于低功耗的开关电源中，特别是低占空比的环境。

但是，在一些高压操纵中，即便是具备较高压降的肖特基二极管，所发生的传导耗损也没法接管。比方，在输入为 1.5V 的电路中，即便操纵 0.5V 导通压降 VF的肖特基二极管，二极管导通时也会发生 33%的输入电压耗损！

图 接纳 MOSFET 代替二极管以下降耗损

为了处理这一题目，可以或许挑选低导通电阻 RDS(ON)的 MOSFET 完成同步节制架构。用 MOSFET 代替二极管(如图所示)，它与电源的主 MOSFET 同步任务，以是在瓜代切换的进程中，保障只要一个导通。

导通的二极管由导通的 MOSFET 所替换，二极管的高导通压降 VF被转换成 MOSFET 的低导通压降(MOSFET RDS(ON) * I)，有用下降了二极管的传导耗损。

固然，同步整流 MOSFET 与二极管比拟下降了压降，但也引入了驱动耗损。

影响开关电源效力的两个首要身分：MOSFET 和二极管。古代的开关电源节制器常常是将这二者连同反应、诊断等功效集成到一个 IC 中，如许可以或许节流空间和下降寄生耗损，在必然程度上供给了电源效力。

下降无源器件的功率耗损

无源器件首要是电感和电容，下降这两种器件功率耗损的体例有：

（1）挑选低 ESR 的电容；

（2）挑选低 DSR 的电感；

优化电源节制架构

相较于牢固 PWM 频次的节制架构，操纵跳脉冲（PFM）的节制架构，更有益于进步开关电源的效力，特别是在轻负载或负载规模较宽时。

跳脉冲形式下，在一段较永劫候内电感放电，将能量从电感通报给负载，以坚持输入电压。固然，跟着负载接收电流，输入电压也会跌落。当电压跌落到设置门限时，将开启一个新的开关周期，为电感充电并补充输入电压。

须要注重的是跳脉冲形式会发生与负载相干的输入噪声，这些噪声因为散布在差别频次(与牢固频次的 PWM 节制架构差别)，很难滤除。

古代的开关电源节制 IC 汇合理操纵二者的上风：重载时接纳恒定 PWM 频次；轻载时接纳跳脉冲形式以进步效力。

当负载增添到一个较高的有用值时，跳脉冲波形将转换到牢固 PWM，此时负载下噪声很轻易滤除。在全部任务规模内，器件按照须要挑选跳脉冲形式和 PWM 形式，坚持全体的最高效力。 

如图所示。

图 开关电源中跳脉冲形式和牢固 PWM 形式下的效力对照

牢固 PWM 形式下的效力曲线(图中的 D、E、F)，轻载时效力较低，但在重载时可以或许供给很高的转换效力(高达 98%)。

但是，跳脉冲形式下的效力曲线(图中的 A、B、C)可以或许在轻载时坚持在较高程度。

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