本帖最后由 火星国务卿 于 2021-6-7 13:50 编辑
精通开关电源设计读书笔记
第一章 开关功率变换原理
首先讲到开关电源效率问题
任何的变换器在实现功率变换的工程都会涉及到效率问题。 输入功率转换为输出功率 在理想的情况下变换效率为100%，那么输入功率就等于输出功率，但是实际情况变换效率是不可能达到100%的，在变换器内部要发生一些损耗，损耗的话在变换器中就表现为热，那么产生的热量就会造成周围环境温度的上升，高温不但会造成效率的降低，而且还可能会影响整个系统的稳定性。作为电子工程师必备技能就是减小变换过程中的损耗，减小热量，做到高效，那么变换器的损耗最终表现为热，那到底是哪些损耗造成了这些热量的出现呢，其实绝大多数DC-DC转换器拓扑中的MOSFET和二极管是造成功耗的主要因素。相关损耗主要包括两部分：传导损耗和开关损耗。当然也有一些电感的损耗，电容的损耗。众所周知的电容中存在ESR，电感中存在DCR，这些都是造成损耗的原因。 优秀的设计工程师，会优化这些所有参数，来做到开关电源的高效，现代开关电源的效率一般为65%-95%，能达到95%，说明已经相当优秀了。那么相比线性调节器开关电源的效率表现要好的多了。 线性调整器 从输入获得一个可调整的直流输出，在输入与输出之间串联晶体管来实现控制，晶体管工作在电压电流特性曲线的线性区，其工作特性类似于可变电阻，在该晶体管上就承受了被降低的那一部分电压。过剩的电压就是输入电压与输出电压的差值，由此也可见线性调整器的局限性，只能进行降压。另外还有一个局限就是线性调整器的效率取决于输入输出电压压差，以及输出电流的大小，压差过高电流过大的话会造成效率低下。 假设输入电压为12v,输出电压为5V,负载电流为100mA的话，那么调整器的损耗必然是：(12V-5V)*100mA=700mW 那么这样算下来的话效率500/（500+700）41.6%。由此可见效率很低，这个时候必须要考虑的是调整器自身的功耗是否能承受700mW的功率，会不会烧毁器件。 当然线性调整器也有很明显的有点，那就是没有噪声问题，没有电磁干扰问题。
file:///C:/Users/qinlei/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image002.jpg 为什么开关调整器要比线性调整器效率高？ 开关调整器中的串联开关管并不是工作在（有损耗的）放大模式下，而是工作在重复开关模式，所以开关管只有两种状态，要么导通状态，要么就是关断状态，那么在理想状态下，在开关管导通时，管压降为0，在关断的状态下，通过开关管的电流为0，那么在这两种状态下，开关管所消耗的功率理论是上都是为0的，但实际上开关管也是存在损耗的，因为即使在开关管导通的状态下，管压降也不可能是0，肯定存在一定的损耗，在开关管完全关断的情况下，也同样会有很小的电流流过，而且器件的开关过程不是在瞬间完成的，在两种开关状态之间转换的时候总需要一定的时间，在这段时间内，肯定会产生额外的损耗。 反过来看线性调整器，该串联开关管，要承载电路中剩余的电压，那么必然在他导通控制后端负载的同时，存在一定的内阻。那么就必然会产生比较大的额外的损耗 半导体开关管的基本类型都有哪些呢？ 早期大多使用BJT (双极性晶体管) ,现代开关电源多使用MOSFET（金属氧化物半导体场效应管）。 BJT更适合大电流的装置，因为即使开关电流很大，其正向导通压降也是基本不变的，其开关损耗显著降低，而且开关频率越低，效果越明显。相反，MOSFET的正向导通压降几乎与电流成正比，重载时损耗很大。BJT的电磁干扰，噪声，纹波要比MOSFET小很多因为他的开关速度较慢。
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