开关电源损耗及相关问题解析

前言：如今科学技术在不断的进步，产品在技术上的突破也在不断的更新中。在某种程度上，甚至

技术的更新太快已经超越了普通大众的需求。即使这样，在某些方面用户的需求却是无止境的。生产力的发

展和科学技术的更新换代速度一直保持很快的速度。但是工业产品的运转总是需要能源的支持，而能源问题

却已经成为本世纪最为热门的话题之一。近一个世纪以来，工业的不断进步都是靠着能源的支持，而百年的

无限制的消耗和浪费已经造成大量能源的短缺，虽然科学研究者在极力寻找新的替代能源。但目前来说确是

遥不可及的事情。仅新能源的成本和推广实施起来就不是很容易。所以目前依然是非可再生资源占绝对领导

地位。而能源产量的不断减少，价格的不断上涨，使得用户对工业产品的效率问题捉奸的重视起来。仅开关

电源市场来分析，降低开关电源的损耗以及提高产品的效率问题成了电源行业追求的主要目标之一。本文就

此内容进行一些介绍和解析。

开关电源的损耗包含导通损耗、开关损耗以及外围控制电路损耗，电路不同部分的损耗成因各不相同，因此

抑制损耗的方法也有不同。需要用数学方程式量化这些损耗，进而整理出降低各部分损耗的方法，才能得出

具体有效降低整体损耗的方案。

电力系统的最大能量损耗通常发生在AC/DC和DC/DC电源的功率转换期间。每个设计都会优先考虑节能，因

此转换功率在80%到90%之间的开关电源成为主流。所有电源都按照数学模型工作，然而，在现实世界中却

存在着各种问题，例如：部件存在缺陷、负载变化不定、线路功率失真和环境频繁变化。为保证在可接受的折

衷方案下取得最佳效率，关键是要验证和检定开关电源的设计。要完成这些任务，通常需要测定开关功率损耗

和磁功率损耗来确定开关电源的效率，还要测定电源质量和谐波掌握电源线路上的开关电源的作用。

开关损耗的测量

　　开关电源中的开关晶体管切换速度快，最大程度地减少了能量损耗。对于开关电源来说，开关晶体管在开或

关状态下少量散热时损耗的能量最多。在切换期间发生能量损耗，这是因为储存在二极管的电能以及储存在寄生

电感和寄生电容的电能被释放出来。“关断损耗”是指设备从开到关过程中的损耗。“关断损耗”同样也指开关

设备从关到开过程中的能量损耗。

　　损耗对检定电源、估计其效率是必要的，可采用示波器测开关损耗。使用带有专业功率分析软件的示波器，

可测出多开关周期的开关损耗和导电损耗，从而确定设备在不同时间的特性。从测量统计数据中，可观察到测量

结果的变化情况。要准确的测出接通损耗和关断损耗是一项挑战，因为损耗只在短时间内发生，在开关周期剩下

的时间里是极少出现的

导通损耗和切换损耗与转换器开关频率的关系非常密切，而较高的频率可以降低转换器对储能元件(电感与电容

)大小的要求。为了降低转换器待机时的损耗而让转换器在低负载或空载时将开关频率降低，可以兼顾到元件体积

与能量损耗。目前已有多种技术基于这种概念应用到实际电源管理IC上。
　　
当负载降低时，驱动功率开关的开关脉冲将被遮蔽(即跳过)，部分脉冲被省略也即等效于降低了开关频率，可降

低高频开关带来的损耗，然而这种降频方式会造成输出电压突降或突升。

在回扫转换器里，初级开关导通时能量储存在变压器激磁电感中，开关截止后，原先储存的能量被释放到负载一

侧。储存在激磁电感中的功率可以表示为：(fS×Vin2×TON2)/(2×LP)。
　　
当负载降低到一定程度时，脉冲跳跃机制将使有效开关频率减半，这意味着转换器供应负载的功率减半，因此回

扫电路将增加脉冲宽度以补足输出负载所需要的功率，而在脉冲宽度增加到负载所需功率之前，输出电压将产生突降

。相反的情形发生在等效开关频率增加时，输出电压将发生突升。这种负载变动时输出电压突升与突降是开关频率非

连续变动(以整数倍增加或降低)的必然结果。

受世界性能源产量普遍降低的情况影响。未来一段时间内整个市场经济的能源价格将持续走高。工业产品的性能及效

率问题将会更加得到用户的关注、也会得到电源企业的重视。未来的市场走向-继续为提高产品的效率和降低产品的损

耗技术方面的研究，另一方面也需要积极的开发和发现新的替代能源。