如何減少電源損耗實現(xiàn)電源效率最大化
下一步是利用上述簡單表達式,并將其放入效率方程式中:
這樣,輸出電流的效率就得到了優(yōu)化(具體論證工作留給學生去完成)。這種優(yōu)化可產(chǎn)生一個有趣的結果。當輸出電流等于如下表達式時,效率將會最大化。
需要注意的第一件事是,a1 項對效率達到最大時的電流不產(chǎn)生影響。這是由于它與損耗相關,而上述損耗又與諸如二極管結點的輸出電流成比例關系。因此,當輸出電流增加時,上述損耗和輸出功率也會隨之增加,并且對效率沒有影響。需要注意的第二件事是,最佳效率出現(xiàn)在固定損耗和傳導損耗相等的某個點上。這就是說,只要控制設置 a0 和 a2 值的組件,便能夠獲得最佳效率。還是要努力減小 a1 的值,并提高效率??刂圃擁椝媒Y果對所有負載電流而言均相同,因此如其他項一樣沒有出現(xiàn)最佳效率。a1 項的目標是在控制成本的同時達到最小化。表 1 概括總結了各種電源損耗項及其相關損耗系數(shù),該表提供了一些最佳化電源效率方面的折中方法。例如,功率 MOSFET 導通電阻的選擇會影響其柵極驅動要求及 Coss 損耗和潛在的緩沖器損耗。低導通電阻意味著,柵極驅動、Coss 和緩沖器損耗逆向增加。因此,您可通過選擇 MOSFET 來控制 a0 和 a2。壓;它們還包含兩組低壓差線性穩(wěn)壓器(LDO),負責提供電源給鎖相回路 (PLL) 和SRAM或處理器的其它功能模塊。這些器件還有許多功能未列在表中,例如后備電池支持、I2C界面和重置功能。 表 1 損耗系數(shù)及相應的電源損耗損耗系數(shù)舉例
a0偏壓損耗 Coss 損耗
內(nèi)核損耗 緩沖器損耗
柵極驅動損耗
a1二級管結點損耗 開關損耗
逆向恢復損耗 SR 停滯時間損耗
a2FFT 電阻損耗 繞組損耗
漏電感損耗 蝕刻損耗
電容器紋波 | 損耗 電流感應損耗
代數(shù)式下一位將最佳電流代回到效率方程式中,解得最大效率為:
需要最小化該表達式中的最后兩項,以最佳化效率。a1 項很簡單,只需對其最小化即可。末尾項能夠實現(xiàn)部分優(yōu)化。如果假設 MOSFET 的 Coss 和柵極驅動功率與其面積相關,同時其導通電阻與面積成反比,則可以為它選擇最佳面積(和電阻)。圖 1 顯示了裸片面積的優(yōu)化結果。裸片面積較小時,MOSFET 的導通電阻變?yōu)樾氏拗破鳌kS著裸片面積增加,驅動和 Coss 損耗也隨之增加,并且在某一點上變?yōu)橹饕獡p耗組件。這種最小值相對寬泛,從而讓設計人員可以靈活控制已實現(xiàn)低損耗的 MOSFET 成本。當驅動損耗等于傳導損耗時達到最低損耗。
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