Повышение эффективности работы DC-DC преобразователей

Эффективная работа DC-DC преобразователя зависит от целого ряда факторов. Основную роль в повышении КПД DC/DC преобразователя играют параметры интегрированных силовых элементов. В первую очередь параметры транзисторов, силового диода и правильности подбора дросселя, выполняющего роль ключа. Рассмотрим основные параметры транзистора, влияющие на эффективность преобразователя.

Во-первых, это величина заряда затвора транзистора. При управлении силовым ключом от высокочастотного ШИМ-контроллера возникает достаточно серьезная проблема. Для того, чтобы быстро переносить заряд, необходим драйвер с достаточно большим выходным током. Потери мощности в этом случае никак не зависят от величины нагрузки и по существу являются величиной  постоянной.

Вторая причина, ведущая к снижению КПД преобразователя - динамические потери во время переключения. В момент переключения транзистора из одного состояния в другое мгновенная мощность потерь может достигать внушительных значений. Чем выше частота, чем чаще происходит переключение транзистора, тем больше динамические потери влияют на эффективность работы преобразователя. Увеличивая быстродействие ключа, обеспечивая более крутые фронты переключения, можно добиться снижения потерь, но в этом случае повышается уровень электромагнитных шумов и помех.

Третья причина -  это статические потери на ключе. Причина кроется в наличие активного сопротивления "сток - исток" (Rdson). Ток, протекающий через канал транзистора создает падение на этом сопротивлении, в результате чего возникают потери мощности. Большинство производителей современных полевых транзисторов тратят значительные ресурсы и вкладывают средства, для того чтобы уменьшить сопротивление открытого канала транзистора. Немалых успехов в этом добилась компания "STMicroelectroniсs", серия новых транзисторов MDmesh, выпущенная на рынок этой компанией имеет значение (Rdson) ниже, чем у фирм конкурентов.

Кроме параметров силового транзистора на КПД преобразователя влияют параметры выходного выпрямительного диода, он тоже вносит свою долю динамических и статических потерь. Однако, в современных DC/DC-преобразователях применяются синхронные выпрямители, где вместо диода применяются MOSFET-транзисторы, управляемые по определенному алгоритму. Это позволяет в некоторых случаях (особенно если выходное напряжение преобразователя достаточно низкое) значительно сократить потери мощности.

Очень важно, также при проектировании преобразователя, правильно выбрать индуктивность. Ошибка при выборе может свести на нет, все преимущества современной элементной базы. Необходимо помнить, что для высокочастотных преобразователей нужно выбирать соответствующие по частоте дроссели. На высоких частотах преобразования выходной дроссель может потерять свои индуктивные свойства, и преобразователь просто не будет работать.

Компания "STMicroelectronics" давно специализируется на выпуске мощных полевых транзисторов и диодов с высокими динамическими и статическими характеристиками. Технологии производства транзисторов MOSFET непрерывно совершенствуются, позволяя компании интегрировать  полевые транзисторы в микросхемы для DC/DC-преобразователей и достигать высокой эффективности. Компания "STMicroelectronics" развивает направление производства микросхем для DC/DC-преобразователей, применяя при их производстве самые современные достижения технологий.

Предлагаемые микросхемы для DC/DC-преобразователей характеризуется следующими параметрами:

На графике ниже приведены типовые зависимости эффективности работы преобразователя ST1S09 от тока нагрузки. Как видно из графика максимальное значение КПД достигает при значении тока нагрузки 0,5А и выходном напряжении равном 3,3В.

Микросхемы преобразователей этой серии отличает простота схемы подключения и минимальное количество внешних навесных элементов. Как видно на схеме включения показанной ниже необходимо всего 5 внешних элементов: входной и выходной конденсаторы, дроссель и резистивный делитель, с помощью которого устанавливается выходное напряжение преобразователя.