请考虑以下示例MP2384降压同步转换器的效率图:
我想了解的是,在 VIN 值远高于 VOUT 的情况下,为什么轻负载时的效率会更差。最后,对于更高的负载,效率差异可以忽略不计。我在过去也观察到不同降压转换器的这种行为。我将不胜感激有关此案的所有反馈。
请考虑以下示例MP2384降压同步转换器的效率图:
我想了解的是,在 VIN 值远高于 VOUT 的情况下,为什么轻负载时的效率会更差。最后,对于更高的负载,效率差异可以忽略不计。我在过去也观察到不同降压转换器的这种行为。我将不胜感激有关此案的所有反馈。
负责管理的芯片部分(比较器、电压基准、PWM 发生器和各种低电平接口电路)需要一定量的电流,即它们不是自供电的,这基本上是主要线索。它们需要电流,而电流/功率通常由低电平线性稳压器提供。
鉴于该(或任何)线性稳压器的效率与输入电压成比例地恶化,那么该线性稳压电源会影响整个转换器的整体效率,并且在较高的输入电压和较低的输出负载功率下更为明显。
以下是转换器在不同输入电压下所需的静态功率: -
因此,当 Vin = 19 伏时,设备“浪费”了 2.2 mW,并且在您的 3.3 伏效率图(右侧)中,在 10 mA 负载下的负载功率为 33 mW,您可以开始看到“管理的东西”正在成为一个重要因素。在 3.3 伏电压下产生 10 毫安电流时的实际隐含损耗将来自 MOSFET 和电感器。他们也不是免费的。
因此,如果我要加起来,以 84% 的效率产生 33 mW 的输出功率需要 39.3 mW 的总功率。考虑到管理材料消耗大约 2.2 mW,在 MOSFET 和电感器中浪费了大约 4 mW。
在高负载功率下,管理人员消耗的 2.2 mW 变得微不足道,因为大部分损耗是由 MOSFET 和电感器产生的。
例如,负载为 4 安培且 Vout = 3.3 伏时,输出功率为 13.2 瓦。该图规定的效率为 94%,因此总功率为 14.04 瓦。换句话说,MOSFET 和电感器浪费了 0.84 瓦,而且不值得将 2.2 mW 的管理费用考虑在内。但显然,当您谈论低输出功率时,它们很重要。
除了其他答案中提到的自我消耗(可能在精心设计的电路中占主导地位)之外,还有一个 V_IN 依赖性:开关电容损耗。
输出开关有内部电容。它也可能有一个缓冲。它们都在每个开关处充电至 0 或 V_IN。
这些损耗与 V_IN 的平方成正比,并且大部分与负载无关。
稳压器本身会消耗电流。它具有一个内部线性 LDO,可将输入电压降至有用的水平。因此,即使由 LDO 供电的电路使用完全相同的功率量,LDO 的损耗在较高的输入电压下也会更高。
正如其他人解释的那样,调节器从输入中汲取一些电流才能发挥作用。这将是为内部电路供电的电流加上为 FET 栅极充电的可变电流,该电流大致与开关频率成正比。我们称其为总静态电流 Io。
由于内部 LDO 将多余的电压作为热量浪费掉,它会使用 Io*Vin 的功率。相对于不同的输出功率,这种管理开销会导致在低负载和高输入电压下效率较低。
标榜为“轻负载高效率”的开关稳压器将具有某种睡眠/突发模式或跳周期以减少这些损耗。在轻负载时,芯片休眠,然后只有在输出电压低于阈值时才恢复开关,然后它会通过一阵开关来为输出电容器充电,直到达到另一个阈值,然后重新进入休眠状态。这会以增加输出电压纹波为代价降低 Io。
如果稳压器有一个听起来像“内部 VCC”的引脚,那么您可以从另一个电源为其内部电路和 MOSFET 驱动器供电,或者如果电压合适,则可以通过二极管从稳压器的输出端供电,这会关闭内部 LDO 和避免了它的损失。这使它更有效率。如果您有两个电源电压,比如一个小型切换器和一个大电流切换器,那么如果电压兼容,您还可以从小型切换器为大切换器的 InternalVCC 供电。这优化了 LDO 损耗。