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发布者:来自网络 发布时间:2010/1/14 阅读:16375次    关键字: DC-DC转换器 线性稳压器 电源内阻 转换效率
电源内阻:扼杀DC-DC转换效率的元凶


 DC-DC转换器—理论与实际如何比较上述理想输入曲线和一个实际的DC-DC转换器的真实情况?为解答这个问题,我们对一个标准的MAX1626评估组件(图4)进行测试,它被配置为3.3V输出,输出端接一个6.6Ω的负载电阻,测试其输入I-V曲线(图5)。立即可以发现一些明显的非理想特性。例如,对于非常低的输入电压,输入电流是零。内置的欠压锁定(表示为VL)保证DC-DC转换器对于所有低于VL的输入电压保持关断,否则,在启动阶段会从电源吸出很大的输入电流。

图4. 用以表达图3思想的标准DC-DC转换电路
图4. 用以表达图3思想的标准DC-DC转换电路

图5. 在VMIN以上,MAX1626的输入I-V特性非常接近于90%效率的理想器件
图5. 在VMIN以上,MAX1626的输入I-V特性非常接近于90%效率的理想器件

当VIN超过VL时,输入电流向最大值攀升,并在VOUT首次到达预定输出电压(3.3V)时达到最大。相应的输入电压(VMIN)是DC-DC转换器产生预定输出电压所需的最低值。当VIN > VMIN时,90%效率的恒功率曲线非常接近于MAX1626的输入曲线。与理想曲线的偏离,主要是由于DC-DC转换器的效率随输入电压的变化发生了微小改变。

如何避免双稳态

电源设计者必须保证DC-DC转换器永远不进入双稳态。当系统的负载线与DC-DC转换器曲线的交点位于或低于VMIN/IMAX (图6)时就有可能形成双稳态。

图6. 从该图可以更为清楚地观察到造成双稳态甚至三稳态的相交点
图6. 从该图可以更为清楚地观察到造成双稳态甚至三稳态的相交点

取决于负载线的斜率和位置,一个系统可能会有两个甚至三个稳态。应该注意的是,较低的VPS可能会使负载线只有一个位于VL和VMIN间的单一交点,导致系统处于稳态,但却不能正常工作!因此,作为一个规则,负载线一定不能接触到DC-DC转换器曲线的顶端,而且不能移到它的下方。

在图6中,负载线电阻(RS,数值等于-1/斜率) 有一个上限,称为RBISTABLE

公式10-12

电源内阻(RS)应该始终小于RBISTABLE。否则的话,就有严重降低工作效率或使DC-DC转换器完全停止工作的危险。

实际范例

对于一个实际系统,将[9]式所表示的电源效率及其内阻之间的关系,用图形表示出来会更有助于理解(图7) 。假设有下列条件:

图7. 该电源效率随电源内阻变化曲线说明,对于一个给定的RS值,可能会有多个效率值
图7. 该电源效率随电源内阻变化曲线说明,对于一个给定的RS值,可能会有多个效率值

VPS = 10V 开路电源电压
VMIN = 2V 保证正常工作所需的最小输入电压
PIN = 50W 输入DC-DC转换器的功率(POUT/EFFDCDC)

利用[12]式,可计算出RBISTABLE为0.320Ω。方程[9]的图形表明,电源效率随着RS的增加而跌落,在RS = RBISTABLE时跌落达20%。注意:该结论并不具有普遍性,对于每个应用,必须分别进行计算。RS的来源之一,是所有电源无法避免的、有限的输出电阻,它可通过负载调整来确定,后者通常定义为:

负载调整 =
公式13和14

所以,

公式15

一个具有1%负载调整的5V/10A电源,输出电阻仅5.0mΩ—对于10A负载还不算大。

 

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