電源設(shè)計小貼士：解決電源電路損耗問題

您是否曾詳細(xì)計算過設(shè)計中的預(yù)計組件損耗，結(jié)果卻發(fā)現(xiàn)與實(shí)驗室測量結(jié)果有較大出入呢？本電源設(shè)計小貼士介紹了一種簡便方法，以幫助您消除計算結(jié)果與實(shí)際測量結(jié)果之間的差異。該方法基于泰勒級數(shù)展開式，其中規(guī)定（在賦予一定自由條件下）任何函數(shù)都可分解成一個多項式，如下所示：

如果意識到電源損耗與輸出電流相關(guān)（可用輸出電流替換 X），那么系數(shù)項就能很好地與不同來源的電源功率損耗聯(lián)系起來。例如，ao 代表諸如柵極驅(qū)動、偏壓電源和磁芯的固定開銷損耗以及功率晶體管 Coss 充電與放電之類的損耗。這些損耗與輸出電流無關(guān)。第二項相關(guān)聯(lián)的損耗 a1 直接與輸出電流相關(guān)，其典型表現(xiàn)為輸出二極管損耗和開關(guān)損耗。在輸出二極管中，大多數(shù)損耗是由于結(jié)電壓引起的，因此損耗會隨著輸出電流成比例地增加。

類似地，開關(guān)損耗可通過輸出電流關(guān)聯(lián)項與某些固定電壓的乘積近似得出。第三項很容易被識別為傳導(dǎo)損耗。其典型表現(xiàn)為 FET 電阻、磁性布線電阻和互聯(lián)電阻中的損耗。高階項可能在計算非線性損耗（如磁芯損耗）時有用。只有在考慮前三項情況下才能得出有用結(jié)果。

計算三項系數(shù)的一種方法是測量三個工作點(diǎn)的損耗并成矩陣求解結(jié)果。如果損耗測量結(jié)果其中一項是在無負(fù)載的工況下得到（即所有損耗均等于第一項系數(shù) a0），那么就能簡化該解決方法。隨后問題簡化至容易求解的兩個方程式和兩個未知數(shù)。一旦計算出系數(shù)，即可構(gòu)建出類似于圖 1、顯示三種損耗類型的損耗曲線。該曲線在消除測量結(jié)果和計算結(jié)果之間的偏差時大有用處，并且有助于確定能夠提高效率的潛在區(qū)域。例如，在滿負(fù)載工況下，圖 1 中的損耗主要為傳導(dǎo)損耗。為了提高效率，就需要降低 FET 電阻、電感電阻和互聯(lián)電阻。

圖1：功率損耗組件與二次項系數(shù)相匹配

實(shí)際損耗與三項式之間的相關(guān)性非常好。圖 2 對同步降壓穩(wěn)壓器的測量數(shù)據(jù)與曲線擬合數(shù)據(jù)進(jìn)行了對比。我們知道，在基于求解三個聯(lián)立方程組的曲線上將存在三個重合點(diǎn)。對于曲線的剩余部分，兩個曲線之間的差異小于2%。由于工作模式（如連續(xù)或非連續(xù)）不同、脈沖跳頻或變頻運(yùn)行等原因，其他類型的電源可能很難以如此匹配。這種方法并非絕對可靠，但是有助于電源設(shè)計人員理解實(shí)際電路損耗情況。

圖2 前三個損耗項提供了與測量值良好的相關(guān)性