【DCDC】同步BUCK恒压输出的轻载效率问题

小太阳yy

【DCDC】同步BUCK恒压输出的轻载效率问题 [复制链接]

 

 

最近一直在搞DCDC同步BUCK恒压电路，就此机会想把开关电源这一块 好好学习一下，最近通过实际测量发现，在同步BUCK恒压输出电路条件下，轻载的条件下跟重载的条件下分别测得了开关电源的效率，发现轻载的条件下效率达78%左右，重载的条件下效率达90%以上，由此我想了想轻载条件下为什么效率会下降呢?  我猜想在正常条件下，如果电感电流连续的情况下，也就是在CCM模式下，如果我们减小负载电流，那么开关损耗，导通损耗包括一些其他损耗都会减小，那么效率应该是提高的，那为什么我们实际的电路在测量中反而效率下降了呢，我是这样想量的，由于我们的轻载条件下，电路进入了DCM模式中，而且我应用的同步BUCK选择的工作模式为当进入断续模式中，低边的MOS是截止的，电感是没有反向电流的，而在DCM模式中，由于电感电流不连续，开关节点发生了震荡，所以导致轻载条件下 效率降低，我这么理解是否正确呢？ 是否还有其他方面的原因，请各位老师帮忙分析一下？ 

 

 

qwqwqw2088

 

 不了解楼主的轻载和重载是在电路设计中满功率下的数量级，既然谈效率，为啥不提开关频率、占空比和损耗呢

想必，应该知道所谓的CCM即连续模式，输出电压与负载电流无关吧

BUCK电路电源的效率应该考虑占空比D吧，这个D越大，电源效率就高，损耗越小

qwqwqw2088

在轻载，开关管频率不变，轻载的负载电流变小，输出功率变小

开关管的损耗，主要是开关损耗不变，相应地损耗所占比例就变大，电源的输出降低，，，

maychang

轻载时，无论哪个开关电源，效率都会降低。极端情况，输出趋于零，损耗却没有趋于零(能量在电感和电容中来回转移)，效率当然也趋于零。

小太阳yy

qwqwqw2088 发表于 2023-4-15 09:31 在轻载，开关管频率不变，轻载的负载电流变小，输出功率变小 开关管的损耗，主要是开关损耗不变，相应地 ...

在负载电流减小的同时，输入电流也是减小的

小太阳yy

maychang 发表于 2023-4-15 09:34 轻载时，无论哪个开关电源，效率都会降低。极端情况，输出趋于零，损耗却没有趋于零(能量在电感和电容中来 ...

那也就是说我上面的理解是错误的吗？ 输出电流减小的同时，输入电流也是减小的呀，轻载条件下，输入输出的电压都不变，输出的电流小了，输入的也会小，那怎么判断效率到底是增加了还是减小了？

小太阳yy

qwqwqw2088 发表于 2023-4-15 09:26    不了解楼主的轻载和重载是在电路设计中满功率下的数量级，既然谈效率，为啥不提开关频率、 ...

我在此讨论的是轻载跟重载条件对效率的影响！！！

maychang

小太阳yy 发表于 2023-4-15 19:47 那也就是说我上面的理解是错误的吗？ 输出电流减小的同时，输入电流也是减小的呀，轻载条件下，输入输出 ...

你上面的理解没有错，但不够完整。

【 输出电流减小的同时，输入电流也是减小的呀】

不错，输出电流减小的同时输入电流也减小，但输出电流减小到零，输入电流却没有减小到零。

maychang

小太阳yy 发表于 2023-4-15 19:47 那也就是说我上面的理解是错误的吗？ 输出电流减小的同时，输入电流也是减小的呀，轻载条件下，输入输出 ...

【输出的电流小了，输入的也会小，那怎么判断效率到底是增加了还是减小了？】

效率是输出能量与输入能量之比。如果是同一时间间隔，也可以表示为输出功率与输入功率之比。输出电流减小的同时输入电流也减小，但输出功率比输入功率减小得更快一点点。

小太阳yy

maychang 发表于 2023-4-15 20:51 你上面的理解没有错，但不够完整。 【 输出电流减小的同时，输入电流也是减小的呀】 不错，输出电 ...

我感觉我上面理解的还是有问题，看开关电源的效率曲线，负载越重，效率越高的，在CCM模式中也是负载越重效率越高，但是负载越重，开关损耗，还有导通损耗都会增加，为什么最终反而效率更高了呢？也就是所说的  输出减小，输入也减小，那反过来输出增大，输入也增大，输入输出同步变化，那我怎么知道效率到是降低了还是升高了呢  请老师指教

 

maychang

小太阳yy 发表于 2023-4-15 19:47 那也就是说我上面的理解是错误的吗？ 输出电流减小的同时，输入电流也是减小的呀，轻载条件下，输入输出 ...

对电动机等也是一样，效率是输出功率(机械功率)与输入功率(电功率)之比。所以电动机空转(没有机械负载)时效率为零。开关电源也如是，线性稳压电源也如是。

maychang

小太阳yy 发表于 2023-4-15 20:56 我感觉我上面理解的还是有问题，看开关电源的效率曲线，负载越重，效率越高的，在CCM模式中也是负载越重 ...

负载重的时候，导通损耗等确实会增加，效率增加是因为输出功率增加得比输入功率增加要快一点点。

另外，开关电源不是负载越重效率越高，效率最高有可能发生在某一负载(例如最大输出电流的80%处)。从效率最高处再增加负载，有可能效率稍变低。

qwqwqw2088

小太阳yy 发表于 2023-4-15 20:09 我在此讨论的是轻载跟重载条件对效率的影响！！！

 BUCK 降压电路中，效率的高低主要是由于损耗的存在
就是提醒一下开关频率和开关损耗

轻载时，开关损耗几乎不变，由于输出功率较低，
 BUCK 效率就会比重载时低
重载时，导通损耗是影响效率的主因，所以MOS管的选择参数主要是考虑重载的情况下，比如内阻要小等

qwqwqw2088

qwqwqw2088 发表于 2023-4-16 09:02  BUCK 降压电路中，效率的高低主要是由于损耗的存在 就是提醒一下开关频率和开关损耗 轻载时， ...

同样的两个车跑同样的路线，轻载和满载跑高速，过同样的收费站，
过收费站的费用就是开关损耗，车本身耗油和车框维护司机本身成本类比为导通损耗
俩车全程下来，轻载肯定挣钱少效率低
如想提高效率，可以优化线路走收费站少的或不走高速，减少收费站开关损耗，但不走高速，会相应的增加导通损耗，，这就是各个生产buck芯片的厂商在降压芯片上优化自己芯片内部特性上作文章的进行改良产生不同的特性的芯片
比喻虽不恰当也能大概说明问题

小太阳yy

maychang 发表于 2023-4-15 21:02 负载重的时候，导通损耗等确实会增加，效率增加是因为输出功率增加得比输入功率增加要快一点点。 另外 ...

那为什么输出功率比输入功率增加的会快呢？

maychang

小太阳yy 发表于 2023-4-17 08:29 那为什么输出功率比输入功率增加的会快呢？

这是必然的，因为损耗中有一部分不随输出负载变化而变化。这一点qwqwqw2088版主已经讲得很清楚。这对任何能量转换都是正确的。

具体到你的Buck电路，qwqwqw2088也说过：开关损耗基本与负载无关。我再补充一点：铁芯的损耗基本与负载无关。

小太阳yy

maychang 发表于 2023-4-15 21:02 负载重的时候，导通损耗等确实会增加，效率增加是因为输出功率增加得比输入功率增加要快一点点。 另外 ...

我理解了您说的输出功率变化的比输入功率快的原因了，因为对于buck 电路输出电流乘占空比等于输入电流，也就是输入电流变化的慢，所以会出现轻载也就是减小电流时，效率变低了，那为什么在增加负载电流情况下又会有效率下降的点呢？

maychang

小太阳yy 发表于 2023-4-17 09:56 我理解了您说的输出功率变化的比输入功率快的原因了，因为对于buck 电路输出电流乘占空比等于输入电 ...

【那为什么在增加负载电流情况下又会有效率下降的点呢？】

我能够想到的一个原因，是负载加重必定导致变压器电感等温度升高，而铜线的电阻随温度升高而变大，铜线电阻变大导致效率降低。MOS管的导通电阻也随温度升高而变大，这也导致效率降低。当然，可能还有其它原因，我们没有考虑到。

不亦心

qwqwqw2088 发表于 2023-4-16 09:02  BUCK 降压电路中，效率的高低主要是由于损耗的存在 就是提醒一下开关频率和开关损耗 轻载时， ...

开关损耗不仅与开关频率有关，还与负载有关，轻载重载的开关损耗并不是几乎不变，

同步buck而言，上管关注的是开关损耗，下管关注的是导通损耗

qwqwqw2088

不亦心 发表于 2023-4-17 23:56 开关损耗不仅与开关频率有关，还与负载有关，轻载重载的开关损耗并不是几乎不变， 同步buck而言，上管 ...

赞同，是的