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探讨高输入电压应用时的注意事项

对于DC/DC转换器的输入电源来说，通常工业设备的12V总线等几乎是恒定电压，而汽车的电池电压等虽然标称12V，但需要考虑到瞬态波动等因素，设想相当宽范围的电压进行设计。

本文将在此前提到的条件（输入电压12V，最高达60V）下来探讨效率。

在“损耗因素”一文的公式中提到，输入电压的升高能够对效率造成影响的是“开关损耗”。

＜随着输入电压 VIN 的升高而增加的损耗因素＞

・开关损耗
    

从公式可以看出，开关损耗随VIN的升高而增加，由于是乘法算式，因此将会造成很大的影响。

下面来实际计算一下当VIN为12V和60V时的损耗。

PSWH(12VIN)＝0.5×12V×2A×(20 nsec＋20 nsec)×1MHz＝0.48W
PSWH(60VIN)＝0.5×60V×2A×(20 nsec＋20 nsec)×1MHz＝2.4W

VIN升高了5倍，所以计算后开关损耗也增加了5倍。下图为相对于输入电压的整体损耗变化示意图。基本上开关损耗是主要增加的损耗。

考虑因素及对策

要将输入电压范围扩展为12V～60V，需要对当初选择用于12VIN的MOSFET重新评估包括额定电压（耐压）在内的几项规格。以下汇总了重新评估要点和注意事项。

• 在使用开关晶体管（MOSFET）外置的控制器IC的案例中，重新评估MOSFET的额定电压（VD）。

• 开关损耗会增加，因此MOSFET的容许损耗也需要重新评估。

• 随着MOSFET的变更，探讨采用tr和tf更快且导通电阻和Qg低的产品。

• 电源规格中，如果能够降低开关频率就将其降低。如果将fSW减半（降至500kHz），则损耗也会减半。

• 如果是开关晶体管内置型的IC，则需要对IC本身进行评估。

至此仅考虑了损耗方面的因素，其实在涉及更高输入电压时，还有一项考虑因素。虽然并非本文的主题内容，但在现实中是非常重要的，因此在这里提一下。

应该是将最大60VIN降压至5VOUT，但降压比受电源IC的控制参数之一的最小导通时间的限制，故必须对降压比和最小导通时间进行探讨。由于降压比是60：5，按开关频率1MHz进行简单计算的话，需要能够控制周期1µs的1/12、即83.3ns的导通时间的电源IC。然而，现实中最小导通时间83.3ns以下的电源IC并不多。在ROHM的产品中，DB9V100MUFF这款电源IC可以满足该条件，但在多数情况下，很多产品因无法满足最小导通时间要求而被迫降低开关频率。如果降低开关频率，则不仅需要重新确认损耗，其他相关的所有元器件常数等都需要重新确认。但在车载设备中，基本上都要求2MHz以上的开关频率，因此无法通过降低开关频率来解决该问题。

综上所述，在探讨高电压应用时，需要考虑到降压比和损耗增加这两方面的因素。