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DC-DC降壓電路也稱為BUCK電路,屬於開關電路的一種。
如何提升效率在BUCK電路中,損耗比較大的幾部分一般有MOS管、續流二極體、輸出電感等,如下。對於MOS管,其損耗一般包括開關損耗和導通損耗。開關損耗與器件開關過程的上升(ton)、下降時間(toff)以及器件的特性有關。MOS管柵極電阻越大,上升、下降時間越大,相應的開關損耗越大。所以提高效率的一種方法是減小MOS管柵極電阻。
對於MOS管的導通損耗,與導通期間流過MOS管的平均電流有關和MOS管的導通電阻RDS(on)有關。因此可以選擇RDS(on)較小電器件以提高效率。
對於續流二極體,其損耗一般包括導通損耗和關斷損耗。導通損耗與導通期間的電流大小和二極體的前向電壓(VF)有關。因此可以選擇VF小的二極體以提高效率,比如選肖特基二極體。
對於續流二極體的關斷損耗,與反向恢復特性有關。儘量選擇反向恢復時間短的二極體以提高效率。如果選用肖特基二極體那麼基本可以不要考慮反向恢復損耗。不過要注意肖特基二極體的漏電流較大,特別是在高溫環境下。
對於輸出電感,其損耗一般包含鐵損和銅損。鐵損與磁芯的磁通變化量有關,變化量越大鐵損會變大。而磁通變化量由與電感的電感上電流的變化量成正比,所以可以選擇鐵損小的磁芯或者降低電感上的電流變化量來提高效率。
對於電感的銅損,與線圈的直流電阻大小成正比。另外當頻率較大時,由於導線的趨膚效應,電流在導線的表面流動,如果導線較粗的情況下,導線中間的部分相當於沒起到作用。解決趨膚效應的一個辦法是用合適的較細的導線並用多股並繞,以提高導線率用率。所以這裡提高效率的方法是降低線圈的直流電阻,有必要的話用多股導線並繞。
總結總上所述,提高BUCK電路效率的方法有:減小MOS管柵極電阻;選擇RDS(on)較小的MOS管;選擇前向電壓VF小的續流二極體;選擇反向恢復時間短的續流二極體;對於輸出電感,選擇鐵損小的磁芯或者降低電感上的電流變化量;選擇線圈直流電阻小的電感,有必要的話用多股導線並繞;以上是我能想到的,我認為跟效率相關性較高的部件,以及提高效率的方法,當然以上並不是全部方法,大家如果有更好的方法歡迎交流。
口口木的筆記 於杭州 2019-1-26
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通常採用BUCK電路實現降壓,Buck電路的輸入輸出關係Uo=Uin*D,根據功率公式P=U2(平方)/R,很容易算出影響功率因子。具體算見下圖。
最有效提高效率的方法是儘量提高佔空D,降低開關損耗,提高佔空比的同時,儘量選擇導通阻抗低的開關管
另外一個方式就是最佳化電路元器件迴路,調整電路阻抗,但這個方式比較複雜,所以市面才會有根據不同負載型別會有針對性電源。