开关电源电路设计秘笈：要怎么样发挥电源效率最大化

在本篇电源设计秘笈中，我们将讨论要怎么样使用相同的级数最大化特定负载电流的电源效率。我们提议使用如下输出电流函数来计算电源损耗：

下一步是利用上述简单表达式，并将其放入效率方程式中：

这样，输出电流的效率就得到了优化。这种优化可萌生一个有趣的结果。

当输出电流等于如下表达式时，效率将会最大化。

需要留意的第一件事是，a1项对效率达到最大时的电流不萌生影响。这是由于它与损耗相关，而上述损耗又与诸如二极管结点的输出电流成比例关系。因此，当输出电流增加时，上述损耗和输出功率也会随之增加，并且对效率没有影响。需要留意的第二件事是，最佳效率出今朝固定损耗和传导损耗相等的某个点上。这就是说，只要控制设置a0和a2值的组件，便能够获得最佳效率。还是要努力减小a1的值，并提高效率。控制该项所得结果对所有负载电流而言均相同，因此如其他项一样没有出现最佳效率。a1项的目标是在控制成本的同时达到最小化。

表1概括总结了各种电源损耗项及其相关损耗系数，该表提供了一些最佳化电源效率方面的折中办法。例如，功率MOSFET导通电阻的选择会影响其栅极驱动要求及Coss损耗和潜在的缓冲器损耗。低导通电阻意味着，栅极驱动、Coss和缓冲器损耗逆向增加。因此，您可通过选择MOSFET来控制a0和a2。

代数式下一位将最佳电流代回到效率方程式中，解得最大效率为：

需要最小化该表达式中的最后两项，以最佳化效率。a1项很简单，只需对其最小化即可。末尾项能够实现部分优化。如果假设MOSFET的Coss和栅极驱动功率与其面积相关，同时其导通电阻与面积成反比，则可以为它选择最佳面积(和电阻)。图12.1显示了裸片面积的优化结果。裸片面积较小时，MOSFET的导通电阻变为效率限制器。随着裸片面积增加，驱动和Coss损耗也随之增加。

图12.2是围绕图12.1最佳点的三种可能设计效率图。图中分别显示了三种设计的正常裸片面积。轻负载情况下，较大面积裸片的效率会受不断增加的驱动损耗影响，而在重负载条件下小尺寸器件因高传导损耗而变得不堪重负。这些曲线代表裸片面积和成本的三比一变化，留意这一点非常紧要。正常芯片面积设计的效率只比满功率大面积设计的效率稍低一点，而在轻载条件下(设计经常运行在这种负载条件下)则更高。

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