手機充電器標準統一及影響

摘要：DC-DC轉換器常用于采用電池供電的便攜式及其它高效系統，在對電源電壓進行升壓、降壓或反相時，其效率高于95%。電源內阻是限制效率的一個重要因素。本文描述了電源內阻的對效率的影響、介紹了如何計算效率、實際應用中需要注意的事項、設計注意事項、并給出了一個實際應用示例。

DC-DC轉換器非常普遍地應用于電池供電設備或其它要求省電的應用中。類似于線性穩壓器，DC-DC轉換器能夠產生一個更低的穩定電壓。然而，與線性穩壓器不同的是，DC-DC轉換器還能夠提升輸入電壓或將其反相至一個負電壓。還有另外一個好處，DC-DC轉換器能夠在優化條件下給出超過95%的轉換效率。但是，該效率受限于耗能元件，一個主要因素就是電源內阻。

電源內阻引起的能耗會使效率降低10%或更多，這還不包括DC-DC轉換器的損失！如果轉換器具有足夠的輸入電壓，輸出將很正常，并且沒有明顯的跡象表明有功率被浪費掉。

幸好，測量輸入效率是很簡單的事情(參見電源部分)。

較大的電源內阻還會產生其它一些不太明顯的效果。極端情況下，轉換器輸入會進入雙穩態，或者，輸出在最大負載下會跌落下來。雙穩態意指轉換器表現出兩種穩定的輸入狀態，兩種狀態分別具有各自不同的效率。轉換器輸出仍然正常，但系統效率可能會有天壤之別(參見如何避免雙穩態)。

只是簡單地降低電源內阻就可以解決問題嗎？不然，因為受實際條件所限，以及對成本/收益的折衷考慮，系統可能要求另外的方案。例如，合理選擇輸入電源電壓能夠明顯降低對于電源內阻的要求。對于DC-DC轉換器來講，更高的輸入電壓限制了對輸入電流的要求，同時也降低了對電源內阻的要求。從總體觀點講，5V至2.5V的轉換，可能會比3.3V至2.5V的轉換效率高得多。必須對各種選擇進行評價。本文的目標就是提供一種分析的和直觀的方法，來簡化這種評價任務。

系統縱覽

如圖1所示，任何常規的功率分配系統都可劃分為三個基本組成部分：電源、調節器(在此情況下為DC-DC轉換器)和負載。電源可以是一組電池或一個穩壓或未經穩壓的直流電源。不幸的是，還有各種各樣的耗能元件位于直流輸出和負載之間，成為電源的組成部分：電壓源輸出阻抗、導線電阻以及接觸電阻、PCB焊盤、串聯濾波器、串聯開關、熱插拔電路等的電阻。這些因素會嚴重影響系統效率。


圖1. 三個基本部分組成的標準功率分配系統

計算和測量電源效率非常簡單。EFFSOURCE = (送入調節器的功率)/(VPS輸出功率) x 100%：



假設調節器在無負載時的吸取電流可以忽略，電源效率就可以根據調節器在滿負載時的VIN，與調節器空載時的VIN之比計算得出。

調節器(DC-DC轉換器)由控制IC和相關的分立元件組成。其特性在制造商提供的數據資料中有詳細描述。DC-DC轉換器的效率EFFDCDC = (轉換器輸出功率)/(轉換器輸入功率) x 100%：



正如制造商所說明的，該效率是輸入電壓、輸出電壓和輸出負載電流的函數。許多情況下，負載電流的變化量超出兩個數量級時，效率的變化不超出幾個百分點。因為輸出電壓固定不變，也可以說，在超過兩個數量級的“輸出功率范圍”內，效率僅變化幾個百分點。

當輸入電壓最接近輸出電壓時，DC-DC轉換器具有最高的效率。如果輸入的改變還沒有達到數據資料所規定的極端情況，那么，轉換器的效率常常可以近似為75%至95%之間的一個常數：