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发布者:来自网络 发布时间:2010/1/14 阅读:16376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


 普通应用中的电源效率搞清楚多大的电源内阻(RS)可以接受,以及该项参数对于系统效率有什么样的影响,是很有必要的。前面已经提到,RS必须低于RBISTABLE,但是,究竟应该低多少?要回答这个问题,可以根据[9]式,解出RS和EFFSOURCE的关系,并分别求出EFFSOURCE为95%、90%和85%时的对应值。RS95是在给定的输入输出条件下,95%电源效率所对应的RS。考虑以下四个采用普通DC-DC转换器的应用实例。

实例1:从5V输入提供3.3V 输出,负载电流2A 。对于95%的电源效率,需要特别注意的是,保持5V电源和DC-DC转换器输入端之间的电阻远低于162mΩ。注意到RS90 = RBISTABLE。这样的RS90值同时说明,效率会同样容易地从90%变为10%!需要注意的是,系统效率(而非电源效率)是电源效率、DC-DC转换器效率和负载效率三者的乘积。

实例1. 采用MAX797或MAX1653 DC-DC转换器的应用(IOUT = 2A)
VPS VOUT IOUT VMIN EFFDCDC POUT RBISTABLE RS95 RS90 RS85
5V 3.3V 2A 4.5V 90% 6.6W 0.307Ω 0.162Ω 0.307Ω 0.435Ω

实例2:除输出电流容量外(从2A变为20A),基本类同于实例1。注意到95%电源效率所要求的电源内阻降低了10倍(从162mΩ到16mΩ)。要获得如此低的内阻,应采用2oz.敷铜PCB引线。

实例2. 采用MAX797或MAX1653 DC-DC转换器的应用(IOUT = 20A)
VPS VOUT IOUT VMIN EFFDCDC POUT RBISTABLE RS95 RS90 RS85
5V 3.3V 20A 4.5V 90% 66W 0.031Ω 0.016Ω 0.031Ω 0.043Ω

实例3:从4.5V的电源电压(即5V-10%),以5A电流提供1.6V输出。系统要求111mΩ的RS95,可以达到,但不容易。

实例3. 有独立+5V电源的MAX1710 DC-DC转换器应用(VPS = 4.5V)
VPS VOUT IOUT VMIN EFFDCDC POUT RBISTABLE RS95 RS90 RS85
4.5V 1.6V 5A 2.5V 92% 8W 0.575Ω 0.111Ω 0.210Ω 0.297Ω

实例4:与实例3相同,但具有更高的电源电压(VPS = 15V,而非4.5V)。请注意一个很有用的折衷: 大幅度增加输入、输出之间的电压差,会造成DC-DC转换器效率单方面的降低,但系统的总体效率得到了改善。RS不再是问题,因为比较大的RS95值(>1Ω)很容易满足。例如,一个带有输入滤波器和长输入线的系统,不需要特别考虑线宽和接插件电阻,就能很容易保证95%的电源效率。

实例4. 有独立+5V电源的MAX1710 DC-DC转换器应用(VPS = 15V)
VPS VOUT IOUT VMIN EFFDCDC POUT RBISTABLE RS95 RS90 RS85
15V 1.6V 5A 2.5V 86% 8W 3.359Ω 1.149Ω 2.177Ω 3.084Ω

结论

在查阅DC-DC转换器的特性参数时,常倾向于将电源电压设定在尽量接近输出电压的值,以便获得最高的转换效率。然而,这种策略对于其他一些元件,例如导线、连接器和走线布局等,提出了一些不必要的限制条件,并导致了成本的增加。而系统效率还是受到损害。本文所提供的分析方法,使得这种对于电源系统的折衷考虑更加直观和显而易见。

参考文献

  1. Erickson, Robert W. Fundamentals of Power Electronics. Chapman and Hall, 1997.
  2. Lenk, Ron. Practical Design of Power Supplies. IEEE Press & McGraw Hill, 1998.
  3. Gottlieb, Irving M. Power Supplies, Switching Regulators, Inverters and Converters. Second Edition, TAB Books, 1994.
  4. Wettroth, John. "Controller Provides Constant Power Load." EDN, March 14, 1997.
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