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(多图) 再谈DC-DC效率:提高能效的新方法

飞兆半导体公司 Guy Moxey?? 2008年12月08日 ?? 收藏0

  系统级效率

  功率MOSFET是DC-DC功率电路损耗的罪魁,而若采用先进的器件,这种损耗可大幅降低。不过你一定会问,这与系统整体效率有何关系?

  系统级设计人员正在寻求在轻、中等和重负载情况下以及在设备的整个运作范围内提高系统效率的方法。在满负载情况下,一台计算机启动或在重处理序列,功率系统由传导损耗主导。因此,只需挑选一个低RDS(ON)? FET,损耗就可大幅降低。有趣的是,大多数PC在其运作寿命的大部分时间都处于待机或睡眠状态。因此,功率系统必须考虑轻负载效率管理,在低输出电流的情况下,如低于10A,栅极驱动和开关损耗是主要因素。

  图4所示为一部台式机VRM的真实效率图。四条曲线是采用两种不同MOSFET器件在300 KHz 和550KHz的开关频率下的结果。图中给出了整个负载电流范围的效率。

VR11.1 VCORE 的效率比较

图4? VR11.1 VCORE 的效率比较

  我们着重讨论上面的两条曲线 (300KHz时的结果),在满负载时 (30A),两种不同器件间效率有1.5%的差距。而在负载较小时 (15A),差距也在1%。即使在更高的开关频率下 (>500KHz),系统级效率在负载较小时 (15A) 也是80% 以上,而满负载时也超过70%。

  如果综合考虑整个负载范围,可计算出平均功率损耗减少达到8-10%。这样的节能效果还仅仅是优化和选择了正确的 MOSFET就取得的,而这与目前一般的解决方案不同。

  反映到实际的产品中,如果典型的100W台式机DC-DC VRM系统能在电路中节省10% 的能量,就意味着节省了10W。2007年全世界生产了1.7亿块主板。如果每块主板能减少10W的工作能耗,总计就能节省1700兆瓦的电力。

  在美国,家庭每年平均能耗为11827瓦,这意味着,通过改善主板DC-DC系统整体能效而节省的1700兆瓦电力,便可供144,000个美国家庭使用一年。

  同样的原理也可用于笔记本电脑处理器电源、游戏机,以及机顶盒 (虽然电流低得多) 和其它家用电器。

  结语

  虽然节省每一毫瓦的能量并不起眼,但这种节省却给当今的环境问题带来全球性的变化。诸如汽车、建筑和IT之类的主体行业领域是构成这种影响的主流,而只要在局部地区进行微小的变化也足以产生显著的效果。功率器件产业非常重视节能和高能效解决方案。当今的技术可让我们开发出新的器件,以提高消费电子和计算机产品的系统级效率。

  从本文的分析中看出,仅仅选用先进的MOSFET器件就能使典型台式计算机的能效提高10%。而这样的产品已经面市,现在需要的是设计人员、制造厂商和消费者共同参与,奉行节能的原则来为世界出一分力。


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电源转换? FET? MOSFET? VRM?

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