开关电源的主要损耗有哪些

来源：罗姆半导体社区

开关电源现在是运用的非常广了，但是任何电源都有一定的能量损耗，电脑电源就分了许多的转换类型和效率。实际应用中无法获得100%的转换效率，但是，一个高质量的电源效率可以达到非常高的水平，效率接近95%。绝大多数电源IC 的工作效率可以在特定的工作条件下测得，数据资料中给出了这些参数。

一般厂商会给出实际测量的结果，但我们只能对我们自己的数据担保。开关电源的损耗大部分来自开关器件(MOSFET 和二极管)，另外小部分损耗来自电感和电容。但是，如果使用非常廉价的电感和电容(具有较高电阻)，将会导致损耗明显增大。选择IC 时，需要考虑控制器的架构和内部元件，以期获得高效指标。

1.开关器件的损耗 MOSFET 传导损耗

绝大多数DC-DC 转换器中的MOSFET 和二极管是造成功耗有损损耗的主要因素。相关损耗主要包括两部分：传导损耗和开关损耗。MOSFET 和二极管是开关元件，导通时电流流过回路。器件导通时，传导损耗分别由MOSFET 的导通电阻和二极管的正向导通电压决定。

MOSFET 的传导损耗(PCOND(MOSFET))近似等于导通电阻RDS(ON)、占空比(D)和导通时MOSFET 的平均电流(IMOSFET(AVG))的乘积。

2.二极管传导损耗

二极管的传导损耗则在很大程度上取决于正向导通电压(VF)。二极管通常比MOSFET 损耗更大，二极管损耗与正向电流、VF 和导通时间成正比。MOSFET 或二极管的导通时间越长，传导损耗也越大。对于降压型转换器，输出电压越低，二极管产生的功耗也越大，因为它处于导通状态的时间越长。

3.开关动态损耗

由于开关损耗是由开关的非理想状态引起的，很难估算MOSFET 和二极管的开关损耗，器件从完全导通到完全关闭或从完全关闭到完全导通需要一定时间，在这个过程中会产生功率损。从上半部分波形可以看出，tSW(ON)和tSW(OFF)期间电压和电流发生瞬变，MOSFET 的电容进行充电、放电。

选择低导通电阻RDS(ON)、可快速切换的MOSFET；选择低导通压降VF、可快速恢复的二极管直接可以降低电源的开关损耗。

4.集成功率开关

功率开关集成到IC 内部时可以省去繁琐的MOSFET 或二极管选择，而且使威廉希尔官方网站 更加紧凑，由于降低了线路损耗和寄生效应，可以在一定程度上提高效率。根据功率等级和电压限制，可以把MOSFET、二极管(或同步整流MOSFET)集成到芯片内部。将开关集成到芯片内部的另一个好处是栅极驱动威廉希尔官方网站 的尺寸已经针对片内MOSFET 进行了优化，因而无需将时间浪费在未知的分立MOSFET 上。

5.无源元件损耗

我们已经了解MOSFET 和二极管会导致SMPS 损耗。采用高品质的开关器件能够大大提升效率，但它们并不是唯一能够优化电源效率的元件。在集成了两个同步整流MOSFET，低RDS(ON) MOSFET，效率很高。这个威廉希尔官方网站 中，开关元件集成在IC 内部，已经为具体应用预先选择了元器件。然而，为了进一步提高效率，设计人员还需关注无源元件—外部电感和电容，了解它们对功耗的影响。

审核编辑 黄昊宇