スイッチング電源内部の損失は何ですか?

スイッチング電源内部の損失は何ですか?

スイッチング電源内部の主な損失 スイッチング電源の効率を向上させるためには、さまざまな損失を区別し、大まかに見積もる必要があります。 スイッチング電源の内部損失は、スイッチング損失、導通損失、付加損失、抵抗損失の4つに大別されます。 これらの損失は、損失の多いコンポーネントで同時に発生することが多いため、以下で個別に説明します。

電源スイッチングに関連する損失

電源スイッチは、一般的なスイッチング電源内部の 2 つの主な損失源のうちの 1 つです。 損失は​​基本的に、伝導損失とスイッチング損失の 2 つの部分に分けることができます。 導通損失とは、パワーデバイスに電源を投入し、駆動波形とスイッチング波形が安定した後、パワースイッチが導通状態にあるときの損失です。 スイッチング損失は、電源スイッチが駆動されて新しい動作状態になるときに発生し、波形が遷移しているときに駆動およびスイッチング損失が発生します。 これらのフェーズとその波形を図 1 に示します。

導通損失は、スイッチ両端の電圧と電流波形の積によって測定できます。 これらの波形はほぼ線形であり、導通時の電力損失は式 (1) で与えられます。

この損失を制御する一般的なアプローチは、電源スイッチの導通期間中の電圧降下を最小限に抑えることです。 この目標を達成するには、設計者はスイッチが飽和状態で動作するようにする必要があります。 これらの条件は式 (2a) および式 (2b) で与えられ、ベースまたはゲートの過電流駆動を通じて、コレクタまたはドレイン電流が電源スイッチ自体ではなく外部コンポーネントによって制御されるようにします。

電力スイッチング遷移中のスイッチング損失は、独自の要因と関連コンポーネントの影響の両方があり、より複雑です。 損失関連の波形は、電圧プローブのドレイン-ソース (コレクタ-エミッタ) 端に接続されたオシロスコープでのみ観察できます。また、AC 電流プローブはドレインまたはコレクタ電流を測定できます。 各スイッチング瞬間の損失を測定する場合は、シールド付きの短リード線プローブを使用する必要があります。これは、シールドされていないワイヤの長さにかかわらず、他の電源からのノイズが混入する可能性があり、実際の波形を正確に表示できないためです。 良好な波形が得られたら、三角形と長方形を合計する簡単な方法で、これら 2 つの曲線で囲まれた面積を大まかに計算できます。 ターンオン損失は式(3)で計算できます。

この結果は、電源スイッチのターンオン期間中の損失値のみに、ターンオフ損失と導通損失を加えたもので、スイッチング期間中の合計損失値が得られます。

出力整流器に関連する損失

一般的な非同期整流器スイッチング電源内部の総損失では、出力整流器の損失が総損失の 40% -65 パーセントを占めます。 したがって、このセクションを理解することは非常に重要です。 図 2 から、出力整流器に関連する波形がわかります。