干货！开关电源15种损耗分析

一、开关电源的损耗

开关电源的损耗主要来自三个元件：开关晶体管、变压器和整流二极管。

1、开关晶体管损耗

主要分为开通/关断损耗两个方面。开关晶体管的损耗主要与开关管的开关次数有关，还与工作频率和负载特性有关。如果开关时间增加一倍，开关管的损耗将增加约2～3倍，而开关管的损耗与开关电源的工作频率成正比。

2、开关变压器的损耗

主要包括磁滞损耗、涡流损耗和铜损。开关变压器的涡流损耗和变压器线圈的铜损与工作频率的平方成正比，而磁滞损耗除与工作频率外还与磁通密度的1.6次方成正比。

3、整流二极管的损耗

主要由两部分组成：正向导通损耗和反向恢复损耗。整流二极管的正向损耗与整流二极管的正向压降有关，而反向恢复损耗与二极管的反向恢复时间有关。

以上三种损耗占开关电源总损耗的20%以上。如何降低开关晶体管和变压器的损耗，提高效率，是每个工程师在设计的时候都会考虑到的问题。

以图一中典型的反激转换器(flyback converter)为例，去分析电源转换器的 损耗。 因为反激转换器低价位和广泛的输入范围的特性，在实际应用层面受到欢迎。对一个开关电源而言， 主要的 损耗包括了传导 损耗(conduction loss)和切换 损耗(switching loss)，以及由控制电路所造 成的 损耗。 表二、三、四分别对这些主要 损耗，包括主要的传导 损耗和切换 损耗，控制电路 所造成的 损耗，列出了大约的估算，和常用的解决对策。

表二 主要的开关损耗

表三 主要的传导损耗

表四 控制电路的主要损耗

可以很明显的发现无论是传导 损耗或切换 损耗，都和切换频率有很密切的关系。 降低切 换频率可以有效的降低损耗，特别是在轻载时。但由波宽调变产生器所产生的波宽必须被控 制，免得造成磁性元件的饱和。而且，反激转换器的输出能量可以表示为 Po = (Vdc^2 × Ton^2) /(2 × Lp × T) ×η，其中η代表转换效率。在轻载时，导通时间(Ton)很短暂，增长切换週期(T)， 或降低切换频率(fs)，是一个很直觉的想法。