通常情況下想要搞清楚構成一個典型變換器的每個元器件上的寄生參數(shù)的性質，將有助于確定磁性元件參數(shù)、設計 PCB、設計 EMI 濾波器等。這是所有開關電源設計中最難的一部分。

提高開關電源的效率，就必須分辨和粗略估算各種損耗。開關電源內部的損耗大致可分為四個方面：開關損耗、導通損耗、附加損耗和電阻損耗。這些損耗通常會在有損元器件中同時出現(xiàn)，下面將分別討論。

01

與功率開關有關的損耗

功率開關是典型的開關電源內部最主要的兩個損耗源之一。損耗基本上可分為兩部分：導通損耗和開關損耗。導通損耗是當功率器件已被開通，且驅動和開關波形已經穩(wěn)定以后，功率開關處于導通狀態(tài)時的損耗;開關損耗是出現(xiàn)在功率開關被驅動，進入一個新的工作狀態(tài)，驅動和開關波形處于過渡過程時的損耗。這些階段和它們的波形見圖 1。

導通損耗可由開關兩端電壓和電流波形乘積測得。這些波形都近似線性，導通期間的功率損耗由式(1)給出。

控制這個損耗的典型方法是使功率開關導通期間的電壓降最小。要達到這個目的，設計者必須使開關工作在飽和狀態(tài)。這些條件由式(2a)和式(2b)給出，通過基極或柵極過電流驅動，確保由外部元器件而不是功率開關本身對集電極或漏極電流進行控制。

電源開關轉換期間的開關損耗就更復雜，既有本身的因素，也有相關元器件的影響。與損耗有關的波形只能通過電壓探頭接在漏源極(集射極)端的示波器觀察得到，交流電流探頭可測量漏極或集電極電流。測量每一開關瞬間的損耗時，必須使用帶屏蔽的短引線探頭，因為任何有長度的非屏蔽的導線都可能引入其他電源發(fā)出的噪聲，從而不能準確顯示真實的波形。一旦得到了好的波形，就可用簡單的三角形和矩形分段求和的方法，粗略算出這兩條曲線所包圍的面積。例如圖 1 的開通損耗可用式(3)計算。

這個結果只是功率開關開通期間的損耗值，再加上關斷和導通損耗可以得到開關期間的總損耗值。

02

與輸出整流器有關的損耗

在典型的非同步整流器開關電源內部的總損耗中，輸出整流器的損耗占據(jù)了全部損耗的 40%-65%。所以理解這一節(jié)非常重要。從圖 2 中可看到與輸出整流器有關的波形。

整流器損耗也可以分成三個部分：開通損耗、導通損耗、關斷損耗。

整流器的導通損耗就是在整流器導通并且電流電壓波形穩(wěn)定時的損耗。這個損耗的抑制是通過選擇流過一定電流時最低正向壓降的整流管而實現(xiàn)的。PN 二極管具有更平坦的正向 V-I 特性，但電壓降卻比較高(0.7～1.1V);肖特基二極管轉折電壓較低(O.3～0.6V)，但電壓一電流特性不太陡，這意味著隨著電流的增大，它的正向電壓的增加要比 PN 二極管更快。將波形中的過渡過程分段轉化成矩形和三角形面積，利用式(3)可以計算出這個損耗。

分析輸出整流器的開關損耗則要復雜得多。整流器自身固有的特性在局部電路內會引發(fā)很多問題。

開通期間，過渡過程是由整流管的正向恢復特性決定的。正向恢復時間 tfrr 是二極管兩端加上正向電壓到開始流過正向電流時所用的時間。對于 PN 型快恢復二極管而言，這個時間是 5～15ns。肖特基二極管由于自身固有的更高的結電容，因此有時會表現(xiàn)出更長的正向恢復時間特性。盡管這個損耗不是很大，但它能在電源內部引起其他的問題。正向恢復期間，電感和變壓器沒有很大的負載阻抗，而功率開關或整流器仍處于關斷狀態(tài)，這使得儲存的能量產生振蕩，直至整流器最終開始流過正向電流并鉗位功率信號。

關斷瞬間，反向恢復特性起主要作用。當反向電壓加在二極管兩端時，PN 二極管的反向恢復特性由結內的載流子決定，這些遷移率受限的載流子需要從原來進入結內的反方向出去，從而構成了流過二極管的反向電流。與此相關的損耗可能會很大，因為在結區(qū)電荷被耗盡前，反向電壓會迅速上升得很高，反向電流通過變壓器反射到一次側功率開關，增加了功率管的損耗。以圖 1 為例，可以看到開通期間的電流峰值。

類似的反向恢復特性也會出現(xiàn)在高電壓肖特基整流器中，這一特性不是由載流子引起的，而是由于這類肖特基二極管具有較高的結電容所致。所謂高電壓肖特基二極管就是它的反向擊穿電壓大于 60V。

03

與濾波電容有關的損耗

輸入輸出濾波電容并不是開關電源的主要損耗源，盡管它們對電源的工作壽命影響很大。如果輸入電容選擇不正確的話，會使得電源工作時達不到它實際應有的高效率。

每個電容器都有與電容相串聯(lián)的小電阻和電感。等效串聯(lián)電阻(ESR)和等效串聯(lián)電感(ESL)是由電容器的結構所導致的寄生元件，它們都會阻礙外部信號加在內部電容上。因此電容器在直流工作時性能最好，但在電源的開關頻率下性能會差很多。

輸入輸出電容是功率開關或輸出整流器產生的高頻電流的唯一來源(或儲存處)，所以通過觀察這些電流波形可以合理地確定流過這些電容 ESR 的電流。這個電流不可避免地在電容內產生熱量。設計濾波電容的主要任務就是確保電容內部發(fā)熱足夠低，以保證產品的壽命。式(4)給出了電容的 ESR 所產生的功率損耗的計算式。

不但電容模型中的電阻部分會引起問題，而且如果并聯(lián)的電容器引出線不對稱，引線電感會使電容內部發(fā)熱不均衡，從而縮短溫度最高的電容的壽命。