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DC/DC變換器數據表——計算係統損耗

發布時間：2021-01-15 來源：Akshay Mehta 責任編輯：wenwei

【導讀】歡迎回到DC/DC變換器數據表博客係列。在本係列最後一期文章中，我將討論DC/DC穩壓器元件的傳導損耗。傳導損耗是由設備寄生電阻阻礙直流電流在DC/DC變換器中的傳導產生的。傳導損耗與占空比有直接關係。當電流較高一側的MOSFET打開後，負載電流就會從其中通過。漏源通道電阻(RDSON)產生的功率耗散可以用公式1表示：

其中D =

= 占空比

對於LM2673這樣的非同步設備，在MOSFET關閉時，二極管被正向偏置。在此期間，電感電流通過輸出電容、負載和正向偏置二極管。負載電流流過二極管產生的功率耗散可以用公式2表示：

其中VF是選定二極管的正向電壓降。

除了集成MOSFET與環流二極管中的傳導損耗，電感器中也有傳導損耗，因為每一個電感器都有有限的直流電阻（DCR），即線圈中導線的電阻。公式3表示電感器中的功率耗散：

傳導損耗取決於負載電流。負載增大時，MOSFET中的傳導損耗會增加，而且是主要損耗因素。傳導損耗加上開關、驅動和低壓差線性穩壓器（LDO）損耗會產生很多的熱量，增加集成電路（IC）的結溫。增加的結溫可以用公式4表示：

其中ICTj是IC的結溫，TA是環境溫度，θJA是IC到空氣的熱阻，ICPd是IC中總功率耗散。

MOSFET的RDSON通常有一個溫度係數(RdsonTco)。當IC的結溫升高時，RDSON會在溫度係數的基礎上超出額定值。數據表可能不含有這一參數，而TI的WEBENCH® Power Designer軟件可以提供這一信息，用以計算設計效率，讓計算結果更精確。公式5可以根據結溫調整RDSON：

其中RdsonNom是 RDSON的額定值，可以在數據表中找到。

RDSON的增加取決於設備的散熱性能和結溫。不正確的散熱可以導致RDSON的大幅增加，引起最大負載效率的大幅下降。當IC的連接焊盤（DAP）與IC板上的焊接不正確時，就會出現上述情況。

計算損耗是一個迭代過程。在每一次迭代計算IC功率損耗時，都需要評估結溫和相應的RDSON，以得到精確的效率結果。WEBENCH Power Designer能很好的處理這一過程；還能顯示被動元件損耗的計算結果。了解這些損耗是非常重要的，因為這可以幫助選擇正確的元件和DC/DC穩壓器，以保持良好的效率。現在，總傳導損耗可以用公式6表示：

有了上述所有損耗，公式7對其進行加總得到總損耗：

公式8是得到的DC/DC穩壓器設計效率：

圖1是LM2673在不同輸入電壓時的負載電流曲線對應的整體效率。可以注意到負載電流低時，效率會變差；從文章的第1和第2部分可以知道，這是開關損耗以及驅動與LDO的損耗造成的。還需注意在最大負載電流時，輸入電壓 (VIN)越高效率越低，這是因為電壓越高開關損耗就越高。負載電流在1A以上時，低VIN效率會相對較高，因為開關損耗降低。

圖1：LM2673效率

至此，我的關於數據表中效率的三篇博客文章就全部結束了。現在，你應當能夠理解DC/DC穩壓器設計中不同元件的損耗。根據你的應用需求，你現在可以清楚地確定何時選擇DC/DC穩壓器及其開關頻率、散熱電路板空間，以及何時選擇二極管和電感器等被動元件。選擇一個易電源DC/DC穩壓器，在WEBENCH Power Designer中開始進行設計吧。

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