抽象的同步降压电路广泛用于为系统芯片提供低电压、大电流的非隔离电源。了解同步降压转换器的功率损耗并提高效率对于电源设计人员来说非常重要。该应用笔记介绍了降压转换器效率的分析，并实现了同步降压转换器中主要功率元件的损耗。 降压转换器功率损耗分析认识转换器中的功率损耗对于转换器设计优化非常重要。图1所示为通用单相同步降压变换器电路。同步降压转换器电路中的主要功率损耗如下： A : 功率半导体损耗 B : 电感损耗 C : 驾驶员丢失 D : PCB 走线丢失
图 1. 同步降压转换器 功率损耗计算先进微处理器对低功耗和高效同步降压转换器的需求量很大。该应用笔记基于转换器工作在连续导通模式（CCM）固定开关频率、固定输入电压和固定输出电压，介绍并提供了如何计算典型同步降压转换器中出现在以下组件中的大部分功率损耗。 A：功率半导体损耗： HMOS（高端MOSFET）概括起来包括：开关和传导损耗。 LMOS（低侧MOSFET）概括起来包括：导通、死区时间和反向恢复电荷损耗。 HMOS 接通损耗：
图 2. HMOS 驱动器开启
图 3. HMOS 在损耗区域切换
HMOS传导损耗： 高侧 MOSFET 的导通损耗由 MOSFET 的导通电阻和晶体管 RMS 电流决定。
图 4. HMOS 导通
图 5. HMOS 导通周期
LMOS传导损耗：
图 6. LMOS 导通
图 7. LMOS 导通周期
LMOS 死区时间体二极管损耗： 死区损耗是由死区期间 LMOS 体二极管导通引起的。
图 8. LMOS 体二极管导通
图 9. LMOS 体二极管导通周期
LMOS反向恢复电荷损耗：
图 10. LMOS 体二极管反向恢复周期
B : 电感直流和交流损耗 电感直流损耗：
图 11. 通过电感路径的电流
图 12. 电感电流路径周期
电感磁芯损耗： 电感器磁芯损耗主要是由磁芯材料中的交变磁场引起的。损耗是工作频率和总磁通量摆幅的函数。一种磁性材料与另一种磁性材料的磁芯损耗可能有所不同。
图 13. 电感纹波电流
图 14. 磁芯损耗曲线 计算和/或测量的磁芯损耗通常由电感器供应商直接提供。如果没有，可以使用以下公式计算磁芯损耗：
PL 是功率损耗 (mW)， Fsw：工作频率 B：峰值磁通密度（高斯） V e : 有效核心体积 C、X、Y的具体值为每种材料的磁芯损耗参数 C：栅极驱动器损耗： 栅极驱动器损耗由 MOSFET 驱动器对总 HMOS 和 LMOS Qg 的充电/放电直接给出。栅极驱动器损耗取决于 MOSFET 总栅极电荷、驱动器电压和 Fsw。
图 15. 驱动器打开和关闭路径
图 16. MOSFET 驱动器开启
图 17. MOSFET 驱动器关闭
D：PCB损耗： 图18可以详细地如图19和图20所示，其中R tr1 ~R tr7具有loop1（HMOS导通）和loop2（LMOS导通）。
图 18. PCB 走线图
图 19. PCB Loop1 走线
图 20. PCB Loop2 走线
功率损耗测量与计算比较尽管降压转换器功率损耗计算方程已得到很好的介绍和记录。为了检查这些功率损耗方程的准确性，表 1 显示了典型的降压转换器应用参数，图 21 说明了测量和计算之间的效率比较。 表 1. 降压转换器应用参数
图 21. 效率比较的测量和计算 图 22 显示了降压转换器中的关键元件损耗，包括 HMOS、LMOS、电感器、驱动器和 PCB 走线损耗。读者可以查看每次系统加载造成的主要损失是什么。
图 22. 降压转换器中的关键元件损耗 图 23 显示了降压转换器中的详细组件损耗，并说明了曲线中的损耗与 Iout 的关系。 HMOS：P HSW（开关损耗）和 P HCOD（传导损耗） LMOS：P LCOD（传导损耗）、P L_DIODE（死区时间体二极管损耗）和 P RR（反向恢复损耗） 电感器：PL （电感器 DC 和磁芯损耗） 驱动器：P DRV（栅极驱动器电荷损耗） PCB：P PCB（PCB走线损耗）
图 23. 降压转换器中的详细功率损耗 结论本应用文档分析了同步降压转换器中的功率损耗，并介绍了功率损耗各部分的详细计算。损耗计算还与实际降压转换器测量进行比较，并提供关键组件损耗数据，以考虑如何提高组件和 PCB 平面考虑的降压转换器效率。 参考[1] Leon Chen，“同步降压转换器的功耗分析”，应用工程师数据，2013。 [2] Nelson Garcia，“确定电感器功率损耗”，线圈工艺文档 486，2005 年。 |
