发布日期 : 2023年7月27日 / 最后更新 : 2023年8月21日

DC/DC与电压调整器不同,随IC控制方式、特性(消耗电流、工作频率、驱动器FET的导通电阻等)或外围部件的定数及特性,效率及损耗也不同。
因此,选定外围部件时,考虑效率、安装面积、成本等是非常重要的。

本篇首先说明DC/DC的损耗、损耗比率图形的使用方法。
然后通过说明各个项目及给损耗带来影响的参数,做出选定最佳IC及外围部件的方针。

1. 关于DC/DC的损耗

DC/DC损耗是把“导通损耗”、“开关损耗”、“消耗电流”、“线圈损耗”、“其他”损耗总和在一起,称为DC/DC的整体损耗。明确了这个整体损耗,即可计算除各个输出电流的效率。

本工具可以简单地确认各个损耗的损耗比率。
这种方法在改善效率的领域中,通过掌握损耗大的项目,能进行有效地提高效率。
此外,通过在不影响效率的范围内降低外围部件的成本,在考虑成本选定最佳部件中能得到灵活运用。

2. DC/DC损耗的详细内容、影响损耗的参数

(a) 导通损耗

是由于驱动器FET导通电阻、二极管VF损耗产生的损耗。
驱动器FET导通电阻及二极管VF增大将导致损耗增大。因为起因于导通电阻的损耗与电流的2次方成比例,主要在于影响重负载时的效率。

外接了FET及二极管的产品,通过选择导通电阻及VF小的产品,可以降低导通损耗。内置了驱动器FET时,除更改产品以外不能调整导通电阻。

但是,减小驱动器FET的导通电阻,栅极电容增大,为驱动FET而使用的消耗电流增加。此外,如果选定VF小的SBD,漏电流有增加的趋势,漏电流将导致轻负载时的效率降低。

Q1 Ron在驱动器FET或外接FET Q1发生的导通损耗
Q2 Ron在驱动器FET或外接FET Q2发生的导通损耗
D1在外接二极管发生的导通损耗

(b) 开关损耗

开关时的开关节点上升及下降时发生的损耗。
开关损耗与开关节点的电压振幅、上升及下降速度、线圈电流(输出电流)、工作频率成比例地增加。
因为与输出电流成比例,主要在于影响重负载时的效率。

为了降低开关损耗

  • 选定工作频率低的产品、或选定能降低工作频率的外围部件
  • 如果是外接FET,应减小栅极电阻
  • 通过减少外接FET的栅极电容,加快开关速度

以上是一般的方法。

使开关速度加快时,存在高频噪声电平增高的缺点。
此外,减小栅极电容时,因为对于相同工艺的FET,导通电阻有增大的趋势,进行选定FET时,有必要考虑开关损耗与导通损耗的平衡。

此外本工具中,包含了在”Switching Loss”的死区中发生的损耗。
死区是为了防止在同步整流方式的DC/DC High Side驱动器与Low Side驱动器,同时成为ON的期间而特意设置的,也就是High Side驱动器与Low Side驱动器同时成为OFF的期间。在死区期间中,将发生线圈电流在驱动器FET的寄生二极管中流动的损耗。

Switching Loss发生在开关节点上升和下降时的开关损耗
+在死区发生的损耗

(c) 消耗电流

是在IC的内部电路、为驱动驱动器FET而使用的消耗电流。
依存于IC的消耗电流、开关频率、驱动器FET栅极电容。主要在于影响轻负载时的效率。

为了减少消耗电流

  • 选定消耗电流低的产品
  • 为了降低开关频率,选择PFM控制方式的DC/DC
  • 选定栅极电容小的驱动器FET

以上是一般的方法。

关于IC的消耗电流、控制方式、开关频率,对于选定DC/DC非常重要。
此外,在减小栅极电容时,因为相同工艺的FET有导通电阻增大的趋势,在进行选定FET时,有必要考虑与导通损耗的平衡。

Supply CurrentIC内部电路动作、驱动器FET驱动时使用的消耗电流

(d) 线圈损耗

是在线圈发生的损耗。
主要是由线圈的DCR、ACR等发生的损耗。

DCR是DC的电阻成分,线圈电流增大将发生与线圈电流的2次方成比例的损耗。主要在于影响重负载时的效率。

ACR是AC的电阻成分,由于表皮效应的影响,频率增高,导致电阻成分增加。主要在线圈电流振幅增大,DC电流小的PFM时影响效率。
随电感器不同,从电感器制造商的网站可以确认ACR特性。

本工具,不能输入ACR,是与DCR成一定的倍率而设计的。
如果希望输入ACR实施模拟时,请单独咨询。

Coil由线圈的DCR、ACR、磁滞损耗发生的损耗

(e) 其他

上述以外的其他损耗。
本工具作为上述以外的损耗,还能计算由输入线的电阻成分(Rvin)及输出电容ESR引起的损耗。

输入线的电阻成分(Rvin),如果电阻值增大、将使效率大幅度降低并给最大输出电流带来很大影响,必须充分考虑进行设计。

ESR在输出电容ESR发生的损耗
Rvin由输入线的电阻成分发生的损耗