エネルギー変換システムには、エネルギー消費が必要です。実際のアプリケーションでは 100% の変換効率は得られませんが、高品質の電源は 95% に近い非常に高いレベルの効率を達成できます。ほとんどの電源 IC の動作効率は、特定の動作条件下で測定でき、これらのパラメータはデータシートに記載されています。
スイッチングデバイスの損失 MOSFET 導通損失 MOSFET とダイオードは、電力消費の主な要因です。関連する損失は、主に導通損失とスイッチング損失の 2 つに分かれます。MOSFET とダイオードはスイッチング素子であり、オンにするとループに電流が流れます。
デバイスがオンになると、導通損失は MOSFET のオン抵抗 (RDS(ON)) とダイオードの順方向導通電圧によって決まります。MOSFET の導通損失 (PCOND(MOSFET)) は、MOSFET がオンになったときのオン抵抗 RDS(ON)、デューティ サイクル (D)、および平均電流 (IMOSFET(AVG)) の積にほぼ等しくなります。PCOND(MOSFET) (平均電流を使用)=IMOSFET(AVG)² × RDS(ON) × D 上記の式は、SMPS の MOSFET 導通損失の近似値を示していますが、これは回路損失の推定値にすぎません。電流が直線的に増加したときに消費される電力は、平均電流から計算される消費電力よりも大きいためです。「ピーク」電流の場合、より正確な計算方法は、電流のピークと谷の間の電流波形の 2 乗を積分して推定値を得ることです。次の式は、単純な I² 項を IP と IV 間の電流波形 I² の積分に置き換えて、損失をより正確に推定します。 PCOND(MOSFET)=[(IP3 - IV3)/3] × RDS(ON) × D=[(IP3 - IV3)/3] × RDS(ON) × VOUT/VIN ここで、IP と IV は、図 3 に示すように、それぞれ電流波形のピークと谷に対応します。MOSFET 電流は、IV から IP まで直線的に増加します。たとえば、IV が 0.25A、IP が 1.75A、RDS(ON) が 0.1Ω、VOUT が VIN/2 (D=0.5) の場合、平均電流 (1A) に基づく計算は次のようになります。PCOND(MOSFET) (平均電流を使用)=12 × 0.1 × 0.5=0.050W波形積分を使用したより正確な計算は次のようになります。PCOND(MOSFET) (電流波形積分を使用して計算)=[(1.753 - 0.253)/3] × 0.1 × 0.5=0.089W つまり約 78% となり、平均電流に基づいて計算した結果よりも高くなります。
ピーク対平均比が小さい電流波形の場合、2 つの計算の差は小さく、平均電流を使用した計算で要件を満たすことができます。
