上一篇文章探討了通過(guò)提高開(kāi)關(guān)頻率來(lái)實(shí)現(xiàn)應(yīng)用小型化時(shí)的注意事項(xiàng)。本文將通過(guò)輸入電壓升高的案例，來(lái)探討損耗增加部分、注意事項(xiàng)及相應(yīng)的對(duì)策。

探討高輸入電壓應(yīng)用時(shí)的注意事項(xiàng)

對(duì)于DC/DC轉(zhuǎn)換器的輸入電源來(lái)說(shuō)，通常工業(yè)設(shè)備的12V總線等幾乎是恒定電壓，而汽車(chē)的電池電壓等雖然標(biāo)稱(chēng)12V，但需要考慮到瞬態(tài)波動(dòng)等因素，設(shè)想相當(dāng)寬范圍的電壓進(jìn)行設(shè)計(jì)。

本文將在此前提到的條件（輸入電壓12V，最高達(dá)60V）下來(lái)探討效率。

在“損耗因素”一文的公式中提到，輸入電壓的升高能夠?qū)π试斐捎绊懙氖恰伴_(kāi)關(guān)損耗”。

＜隨著輸入電壓 VIN 的升高而增加的損耗因素＞

?開(kāi)關(guān)損耗

從公式可以看出，開(kāi)關(guān)損耗隨VIN的升高而增加，由于是乘法算式，因此將會(huì)造成很大的影響。

下面來(lái)實(shí)際計(jì)算一下當(dāng)VIN為12V和60V時(shí)的損耗。

PSWH(12VIN)＝0.5×12V×2A×(20 nsec＋20 nsec)×1MHz＝0.48W
PSWH(60VIN)＝0.5×60V×2A×(20 nsec＋20 nsec)×1MHz＝2.4W

VIN升高了5倍，所以計(jì)算后開(kāi)關(guān)損耗也增加了5倍。下圖為相對(duì)于輸入電壓的整體損耗變化示意圖。基本上開(kāi)關(guān)損耗是主要增加的損耗。

考慮因素及對(duì)策

要將輸入電壓范圍擴(kuò)展為12V～60V，需要對(duì)當(dāng)初選擇用于12VIN的MOSFET重新評(píng)估包括額定電壓（耐壓）在內(nèi)的幾項(xiàng)規(guī)格。以下匯總了重新評(píng)估要點(diǎn)和注意事項(xiàng)。

在使用開(kāi)關(guān)晶體管（MOSFET）外置的控制器IC的案例中，重新評(píng)估MOSFET的額定電壓（VD）。

開(kāi)關(guān)損耗會(huì)增加，因此MOSFET的容許損耗也需要重新評(píng)估。

隨著MOSFET的變更，探討采用tr和tf更快且導(dǎo)通電阻和Qg低的產(chǎn)品。

電源規(guī)格中，如果能夠降低開(kāi)關(guān)頻率就將其降低。如果將fSW減半（降至500kHz），則損耗也會(huì)減半。

如果是開(kāi)關(guān)晶體管內(nèi)置型的IC，則需要對(duì)IC本身進(jìn)行評(píng)估。

至此僅考慮了損耗方面的因素，其實(shí)在涉及更高輸入電壓時(shí)，還有一項(xiàng)考慮因素。雖然并非本文的主題內(nèi)容，但在現(xiàn)實(shí)中是非常重要的，因此在這里提一下。

應(yīng)該是將最大60VIN降壓至5VOUT，但降壓比受電源IC的控制參數(shù)之一的最小導(dǎo)通時(shí)間的限制，故必須對(duì)降壓比和最小導(dǎo)通時(shí)間進(jìn)行探討。由于降壓比是60：5，按開(kāi)關(guān)頻率1MHz進(jìn)行簡(jiǎn)單計(jì)算的話，需要能夠控制周期1μs的1/12、即83.3ns的導(dǎo)通時(shí)間的電源IC。然而，現(xiàn)實(shí)中最小導(dǎo)通時(shí)間83.3ns以下的電源IC并不多。在ROHM的產(chǎn)品中，DB9V100MUFF這款電源IC可以滿足該條件，但在多數(shù)情況下，很多產(chǎn)品因無(wú)法滿足最小導(dǎo)通時(shí)間要求而被迫降低開(kāi)關(guān)頻率。如果降低開(kāi)關(guān)頻率，則不僅需要重新確認(rèn)損耗，其他相關(guān)的所有元器件常數(shù)等都需要重新確認(rèn)。但在車(chē)載設(shè)備中，基本上都要求2MHz以上的開(kāi)關(guān)頻率，因此無(wú)法通過(guò)降低開(kāi)關(guān)頻率來(lái)解決該問(wèn)題。

綜上所述，在探討高電壓應(yīng)用時(shí)，需要考慮到降壓比和損耗增加這兩方面的因素。

審核編輯：湯梓紅