电源内阻：扼杀DC-DC转换效率的元凶

时间：01-22 来源：EDN 点击：

电源内阻(RS)应该始终小于RBISTABLE。否则的话，就有严重降低工作效率或使DC-DC转换器完全停止工作的危险。

对于一个实际系统，将[9]式所表示的电源效率及其内阻之间的关系，用图形表示出来会更有助于理解(图7) 。假设有下列条件：

图7. 该电源效率随电源内阻变化曲线说明，对于一个给定的RS值，可能会有多个效率值

VPS = 10V 开路电源电压

VMIN = 2V 保证正常工作所需的最小输入电压

PIN = 50W 输入DC-DC转换器的功率(POUT/EFFDCDC)

利用[12]式，可计算出RBISTABLE为0.320Ω。方程[9]的图形表明，电源效率随着RS的增加而跌落，在RS = RBISTABLE时跌落达20%。注意：该结论并不具有普遍性，对于每个应用，必须分别进行计算。RS的来源之一，是所有电源无法避免的、有限的输出电阻，它可通过负载调整来确定，后者通常定义为：

负载调整 =

所以，

一个具有1%负载调整的5V/10A电源，输出电阻仅5.0mΩ-对于10A负载还不算大。

搞清楚多大的电源内阻(RS)可以接受，以及该项参数对于系统效率有什么样的影响，是很有必要的。前面已经提到，RS必须低于RBISTABLE，但是，究竟应该低多少？要回答这个问题，可以根据[9]式，解出RS和EFFSOURCE的关系，并分别求出EFFSOURCE为95%、90%和85%时的对应值。RS95是在给定的输入输出条件下，95%电源效率所对应的RS。考虑以下四个采用普通DC-DC转换器的应用实例。

实例1：从5V输入提供3.3V 输出，负载电流2A 。对于95%的电源效率，需要特别注意的是，保持5V电源和DC-DC转换器输入端之间的电阻远低于162mΩ。注意到RS90 = RBISTABLE。这样的RS90值同时说明，效率会同样容易地从90%变为10%！需要注意的是，系统效率(而非电源效率)是电源效率、DC-DC转换器效率和负载效率三者的乘积。

实例1. 采用MAX797或MAX1653 DC-DC转换器的应用(IOUT = 2A) VPS VOUT IOUT VMIN EFFDCDC POUT RBISTABLE RS95 RS90 RS85

5V 3.3V 2A 4.5V 90% 6.6W 0.307Ω 0.162Ω 0.307Ω 0.435Ω

实例2：除输出电流容量外(从2A变为20A)，基本类同于实例1。注意到95%电源效率所要求的电源内阻降低了10倍(从162mΩ到16mΩ)。要获得如此低的内阻，应采用2oz.敷铜PCB引线。

实例2. 采用MAX797或MAX1653 DC-DC转换器的应用(IOUT = 20A) VPS VOUT IOUT VMIN EFFDCDC POUT RBISTABLE RS95 RS90 RS85

5V 3.3V 20A 4.5V 90% 66W 0.031Ω 0.016Ω 0.031Ω 0.043Ω

实例3：从4.5V的电源电压(即5V-10%)，以5A电流提供1.6V输出。系统要求111mΩ的RS95，可以达到，但不容易。

实例3. 有独立+5V电源的MAX1710 DC-DC转换器应用(VPS = 4.5V) VPS VOUT IOUT VMIN EFFDCDC POUT RBISTABLE RS95 RS90 RS85

4.5V 1.6V 5A 2.5V 92% 8W 0.575Ω 0.111Ω 0.210Ω 0.297Ω

实例4：与实例3相同，但具有更高的电源电压(VPS = 15V，而非4.5V)。请注意一个很有用的折衷: 大幅度增加输入、输出之间的电压差，会造成DC-DC转换器效率单方面的降低，但系统的总体效率得到了改善。RS不再是问题，因为比较大的RS95值(>1Ω)很容易满足。例如，一个带有输入滤波器和长输入线的系统，不需要特别考虑线宽和接插件电阻，就能很容易保证95%的电源效率。

实例4. 有独立+5V电源的MAX1710 DC-DC转换器应用(VPS = 15V) VPS VOUT IOUT VMIN EFFDCDC POUT RBISTABLE RS95 RS90 RS85

15V 1.6V 5A 2.5V 86% 8W 3.359Ω 1.149Ω 2.177Ω 3.084Ω

在查阅DC-DC转换器的特性参数时，常倾向于将电源电压设定在尽量接近输出电压的值，以便获得最高的转换效率。然而，这种策略对于其他一些元件，例如导线、连接器和走线布局等，提出了一些不必要的限制条件，并导致了成本的增加。而系统效率还是受到损害。本文所提供的分析方法，使得这种对于电源系统的折衷考虑更加直观和显而易见。

发布者：博子

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