開關(guān)電源損耗及相關(guān)問(wèn)題解析
前言：如今科學(xué)技術(shù)在不斷的進(jìn)步，產(chǎn)品在技術(shù)上的突破也在不斷的更新中。在某種程度上，甚至
技術(shù)的更新太快已經(jīng)超越了普通大眾的需求。即使這樣，在某些方面用戶的需求卻是無(wú)止境的。生產(chǎn)力的發(fā)
展和科學(xué)技術(shù)的更新?lián)Q代速度一直保持很快的速度。但是工業(yè)產(chǎn)品的運(yùn)轉(zhuǎn)總是需要能源的支持，而能源問(wèn)題
卻已經(jīng)成為本世紀(jì)最為熱門的話題之一。近一個(gè)世紀(jì)以來(lái)，工業(yè)的不斷進(jìn)步都是靠著能源的支持，而百年的
無(wú)限制的消耗和浪費(fèi)已經(jīng)造成大量能源的短缺，雖然科學(xué)研究者在極力尋找新的替代能源。但目前來(lái)說(shuō)確是
遙不可及的事情。僅新能源的成本和推廣實(shí)施起來(lái)就不是很容易。所以目前依然是非可再生資源占絕對(duì)領(lǐng)導(dǎo)
地位。而能源產(chǎn)量的不斷減少，價(jià)格的不斷上漲，使得用戶對(duì)工業(yè)產(chǎn)品的效率問(wèn)題捉奸的重視起來(lái)。僅開關(guān)
電源市場(chǎng)來(lái)分析，降低開關(guān)電源的損耗以及提高產(chǎn)品的效率問(wèn)題成了電源行業(yè)追求的主要目標(biāo)之一。本文就
此內(nèi)容進(jìn)行一些介紹和解析。
開關(guān)電源的損耗包含導(dǎo)通損耗、開關(guān)損耗以及外圍控制電路損耗，電路不同部分的損耗成因各不相同，因此
抑制損耗的方法也有不同。需要用數(shù)學(xué)方程式量化這些損耗，進(jìn)而整理出降低各部分損耗的方法，才能得出
具體有效降低整體損耗的方案。
電力系統(tǒng)的最大能量損耗通常發(fā)生在AC/DC和DC/DC電源的功率轉(zhuǎn)換期間。每個(gè)設(shè)計(jì)都會(huì)優(yōu)先考慮節(jié)能，因
此轉(zhuǎn)換功率在80%到90%之間的開關(guān)電源成為主流。所有電源都按照數(shù)學(xué)模型工作，然而，在現(xiàn)實(shí)世界中卻
存在著各種問(wèn)題，例如：部件存在缺陷、負(fù)載變化不定、線路功率失真和環(huán)境頻繁變化。為保證在可接受的折
衷方案下取得最佳效率，關(guān)鍵是要驗(yàn)證和檢定開關(guān)電源的設(shè)計(jì)。要完成這些任務(wù)，通常需要測(cè)定開關(guān)功率損耗
和磁功率損耗來(lái)確定開關(guān)電源的效率，還要測(cè)定電源質(zhì)量和諧波掌握電源線路上的開關(guān)電源的作用。
開關(guān)損耗的測(cè)量
開關(guān)電源中的開關(guān)晶體管切換速度快，最大程度地減少了能量損耗。對(duì)于開關(guān)電源來(lái)說(shuō)，開關(guān)晶體管在開或
關(guān)狀態(tài)下少量散熱時(shí)損耗的能量最多。在切換期間發(fā)生能量損耗，這是因?yàn)閮?chǔ)存在二極管的電能以及儲(chǔ)存在寄生
電感和寄生電容的電能被釋放出來(lái)。“關(guān)斷損耗”是指設(shè)備從開到關(guān)過(guò)程中的損耗。“關(guān)斷損耗”同樣也指開關(guān)
設(shè)備從關(guān)到開過(guò)程中的能量損耗。
損耗對(duì)檢定電源、估計(jì)其效率是必要的，可采用示波器測(cè)開關(guān)損耗。使用帶有專業(yè)功率分析軟件的示波器，
可測(cè)出多開關(guān)周期的開關(guān)損耗和導(dǎo)電損耗，從而確定設(shè)備在不同時(shí)間的特性。從測(cè)量統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)中，可觀察到測(cè)量
結(jié)果的變化情況。要準(zhǔn)確的測(cè)出接通損耗和關(guān)斷損耗是一項(xiàng)挑戰(zhàn)，因?yàn)閾p耗只在短時(shí)間內(nèi)發(fā)生，在開關(guān)周期剩下
的時(shí)間里是極少出現(xiàn)的
導(dǎo)通損耗和切換損耗與轉(zhuǎn)換器開關(guān)頻率的關(guān)系非常密切，而較高的頻率可以降低轉(zhuǎn)換器對(duì)儲(chǔ)能元件(電感與電容
)大小的要求。為了降低轉(zhuǎn)換器待機(jī)時(shí)的損耗而讓轉(zhuǎn)換器在低負(fù)載或空載時(shí)將開關(guān)頻率降低，可以兼顧到元件體積
與能量損耗。目前已有多種技術(shù)基于這種概念應(yīng)用到實(shí)際電源管理IC上。
當(dāng)負(fù)載降低時(shí)，驅(qū)動(dòng)功率開關(guān)的開關(guān)脈沖將被遮蔽(即跳過(guò))，部分脈沖被省略也即等效于降低了開關(guān)頻率，可降
低高頻開關(guān)帶來(lái)的損耗，然而這種降頻方式會(huì)造成輸出電壓突降或突升。
在回掃轉(zhuǎn)換器里，初級(jí)開關(guān)導(dǎo)通時(shí)能量?jī)?chǔ)存在變壓器激磁電感中，開關(guān)截止后，原先儲(chǔ)存的能量被釋放到負(fù)載一
側(cè)。儲(chǔ)存在激磁電感中的功率可以表示為：(fS×Vin2×TON2)/(2×LP)。
當(dāng)負(fù)載降低到一定程度時(shí)，脈沖跳躍機(jī)制將使有效開關(guān)頻率減半，這意味著轉(zhuǎn)換器供應(yīng)負(fù)載的功率減半，因此回
掃電路將增加脈沖寬度以補(bǔ)足輸出負(fù)載所需要的功率，而在脈沖寬度增加到負(fù)載所需功率之前，輸出電壓將產(chǎn)生突降
。相反的情形發(fā)生在等效開關(guān)頻率增加時(shí)，輸出電壓將發(fā)生突升。這種負(fù)載變動(dòng)時(shí)輸出電壓突升與突降是開關(guān)頻率非
連續(xù)變動(dòng)(以整數(shù)倍增加或降低)的必然結(jié)果。
受世界性能源產(chǎn)量普遍降低的情況影響。未來(lái)一段時(shí)間內(nèi)整個(gè)市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的能源價(jià)格將持續(xù)走高。工業(yè)產(chǎn)品的性能及效
率問(wèn)題將會(huì)更加得到用戶的關(guān)注、也會(huì)得到電源企業(yè)的重視。未來(lái)的市場(chǎng)走向-繼續(xù)為提高產(chǎn)品的效率和降低產(chǎn)品的損
耗技術(shù)方面的研究，另一方面也需要積極的開發(fā)和發(fā)現(xiàn)新的替代能源。
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