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    為了提高開關(guān)電源的效率，必須對(duì)各種損耗進(jìn)行粗略地估計(jì)。交換機(jī)內(nèi)部的損耗大致可以分為四個(gè)方面：開關(guān)損耗、通電損耗、附加損耗和電阻損耗。在有損元件中，這些損耗通常同時(shí)出現(xiàn)，我們將在下面單獨(dú)討論。

    01、電源開關(guān)引起的損耗。

    在典型的開關(guān)電源內(nèi)部，功率開關(guān)是兩種主要的損耗源之一。這種損耗主要分為兩個(gè)部分：通量損失和開關(guān)損耗。功率管通流損耗是功率器件開啟，并且驅(qū)動(dòng)和開關(guān)波形已經(jīng)穩(wěn)定之后，功率開關(guān)處于導(dǎo)通狀態(tài)的損耗出現(xiàn)；開關(guān)損耗出現(xiàn)在功率開關(guān)驅(qū)動(dòng)下，進(jìn)入新的工作狀態(tài)，驅(qū)動(dòng)和開關(guān)波形處于過渡過程中的損耗。

    在電源開關(guān)轉(zhuǎn)換過程中，開關(guān)損耗更為復(fù)雜，既有自身的因素，又受相關(guān)元件的影響。只有用電壓探頭連接到漏源極(集射極)端的示波器才能觀測(cè)到與損耗相關(guān)的波形，它可以測(cè)量漏極或集電極電流。在測(cè)量每個(gè)開關(guān)瞬間的損耗時(shí)，必須使用帶屏蔽的短引線探頭，因?yàn)槿魏斡虚L(zhǎng)度的非屏蔽導(dǎo)線都會(huì)引入其它電源產(chǎn)生的噪音，因此無法精確地顯示實(shí)際的波形。在獲得好的波形后，可用簡(jiǎn)單的三角形和矩形分段相加的方法，粗略計(jì)算兩條曲線所圍的面積。

    02、關(guān)于輸出整流器的損耗。

    一個(gè)典型的非同步整流器開關(guān)電源內(nèi)部的總損耗，輸出整流器損耗占總損耗的40%-65%。因此了解本節(jié)是很重要的。如圖2所示，您可以看到輸出整流器的波形。

    整流損耗還可分為三部分：開通損耗、通量損耗和關(guān)斷損耗。

    當(dāng)整流器導(dǎo)通時(shí)，當(dāng)整流器通電且電壓電流波形穩(wěn)定時(shí)，其損耗就是它的損失。通過選擇穿過某一電流流前向最小壓降的整流管，可以達(dá)到這種損耗的目的。PN二極管有較平的正V-I特性，但是電壓下降比較大(0.7~1.1V)，而肖特基二極管的低轉(zhuǎn)折電壓(O.3~0.6V)，但是電壓一電流特性并不十分陡峭，這意味著當(dāng)電流增大時(shí)，其正電壓的增加速度比PN二極管快。

    而分析輸出整流器的開關(guān)損耗就比較復(fù)雜。整流電路本身的固有特性將引起許多問題。

    在通電過程中，轉(zhuǎn)換過程取決于整流管正恢復(fù)特性。正向恢復(fù)時(shí)間tfrr指的是二極管兩端加一個(gè)正向電壓，然后開始通過正向電流。對(duì)PN型快速恢復(fù)二極管來說，該時(shí)間為5~15ns。這種二極管因其本身具有較高的結(jié)容容量，在某些情況下具有較長(zhǎng)的前向恢復(fù)時(shí)間特性。雖然這種損耗不太大，但是它會(huì)在電源內(nèi)部造成其它問題。在正恢復(fù)過程中，感應(yīng)器和變壓器都不會(huì)有較大的負(fù)載阻抗，而功率開關(guān)或整流器仍然處于關(guān)閉狀態(tài)，這會(huì)使存儲(chǔ)能量發(fā)生振蕩，直到整流器終于開始流過正向電流，并使位功率信號(hào)變得更強(qiáng)。

    關(guān)閉瞬間，逆向恢復(fù)特性起主要作用。PN二極管的逆向恢復(fù)特性取決于二極管兩端的負(fù)極，這取決于PN二極管的負(fù)極恢復(fù)特性，這類遷移率有限的載流子必須從進(jìn)入結(jié)內(nèi)的逆向流出來，從而形成流過二極管的逆流。和這個(gè)相關(guān)的損耗會(huì)很大，因?yàn)榉聪螂妷涸谶B接區(qū)耗盡之前迅速升高得很快，反向電流經(jīng)過變壓器反射到初級(jí)側(cè)功率開關(guān)，增大了功率管的損耗。例如，以1為例，在開放過程中會(huì)出現(xiàn)電流峰值。

    在高壓肖特基整流器中也可以看到類似的反向恢復(fù)特性，這種特性并非由載流子引起，而是由于這種肖特基二極管具有更高的結(jié)電容。我們所說的高壓肖特基二極管是其反向擊穿電壓大于60V。

    03、濾波器電容引起的損失。

    在開關(guān)電源使用壽命中，輸入-輸出濾波電容并非主要的損耗源，但它對(duì)電源壽命有重要影響。若選擇錯(cuò)誤的輸入電容，將使電源在工作時(shí)無法達(dá)到其應(yīng)有的高效率。

    每一個(gè)電容都有一小電阻和電感，串聯(lián)在電容上。等值串聯(lián)電阻(ESR)和等效串聯(lián)電感(ESL)是由電容結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的寄生元件，兩者均妨礙外部信號(hào)加到內(nèi)部電容。所以電容在直流狀態(tài)下表現(xiàn)最好，但是在開關(guān)頻率下卻表現(xiàn)不佳。

    功率開關(guān)或輸出整流器所產(chǎn)生的高頻電流的唯一來源(或存儲(chǔ)器)，因此，通過觀察這些電流波形，可以合理地確定流過這些電容ESR的電流。這樣的電流必然會(huì)使電容發(fā)熱。濾波器電容設(shè)計(jì)的主要任務(wù)是確保電容內(nèi)部發(fā)熱足夠低，從而保證產(chǎn)品的使用壽命。公式(4)給出了由電容ESR引起的功耗計(jì)算公式。

    不僅電容模型中的阻抗部分會(huì)造成問題，而且如果并聯(lián)電容器引出線是不對(duì)稱的，引線電感將導(dǎo)致電容內(nèi)部發(fā)熱不均，從而縮短最高溫度電容的壽命。

    04、附加損耗

    額外的損耗是指所有功率電路需要的功能器件，其中包括與控制IC和反饋電路有關(guān)的電路。與電源的其它損耗相比，這些損耗通常比較小，但我們可以對(duì)其進(jìn)行一些分析，以確定是否能改善。

    一，起動(dòng)電路。起動(dòng)電路由輸入電壓得到直流電流，使控制IC與驅(qū)動(dòng)電路有足夠的能量啟動(dòng)功率。若此起動(dòng)電路在起動(dòng)之后無法切斷電流，則電路將有高達(dá)3W的持續(xù)損耗，損失大小取決于輸入電壓。

    二是功率開關(guān)驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)。若功率開關(guān)采用雙極功率晶體管，則基極驅(qū)動(dòng)電流必須大于電晶體集電極e峰電流除以增益(hFE)。電源晶體管的典型增益為5-15，也就是說，電流峰值為10A，則需要0.66~2A的基極電流。在基射極間存在0.7V壓降，而且如果沒有從非常接近0.7V的電壓獲得基極電流，就會(huì)造成巨大的損失。

    05、磁力元件引起的損耗。

    對(duì)于普通的設(shè)計(jì)工程師來說，這部分很復(fù)雜。由于磁芯術(shù)語的特殊性，下面介紹的損耗主要由磁芯制造廠以圖示的形式來表示，這很方便使用。在此列出了這些損失，這使得我們能夠?qū)p失性質(zhì)做出評(píng)估。

    由變壓器和電感引起的損耗主要有三種：磁滯損耗，渦流損耗，電阻損耗。這種損耗可以通過變壓器和電感的設(shè)計(jì)和構(gòu)造得到控制。