開關電源電路設計秘笈之發揮電源效率最大化

在本篇電源設計秘笈中，我們將討論要怎么樣使用相同的級數最大化特定負載電流的電源效率。我們提議使用如下輸出電流函數來計算電源損耗：

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化(詳盡論證工作留給學生去完成)。這種優化可出現一個有趣的結果。

當輸出電流等于如下表達式時，效率將會最大化。

要留意的第一件事是，a1項對效率達到最大時的電流不出現影響。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，當輸出電流新增時，上述損耗和輸出功率也會隨之新增，并且對效率沒有影響。要留意的第二件事是，最佳效率出今朝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。控制該項所得結果對所有負載電流而言均相同，因此如其他項相同沒有出現最佳效率。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，該表供應了一些最佳化電源效率方面的折中辦法。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和緩沖器損耗逆向新增。因此，您可通過選擇MOSFET來控制a0和a2。

代數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：

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。末尾項能夠實現部分優化。倘若假設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12.1顯示了裸片面積的優化結果。裸片面積較小時，MOSFET的導通電阻變為效率限制器。隨著裸片面積新增，驅動和Coss損耗也隨之新增。

圖12.2是圍繞圖12.1最佳點的三種可能設計效率圖。圖中分別顯示了三種設計的正常裸片面積。輕負載情況下，較大面積裸片的效率會受不斷新增的驅動損耗影響，而在重負載條件下小尺寸器件因高傳導損耗而變得不堪重負。這些曲線代表裸片面積和成本的三比一變化，留意這一點非常緊要。正常芯片面積設計的效率只比滿功率大面積設計的效率稍低一點，而在輕載條件下(設計經常運行在這種負載條件下)則更高。

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