电源内阻：扼杀DC-DC转换效率的元凶

　普通应用中的电源效率搞清楚多大的电源内阻(R_S)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，R_S必须低于R_BISTABLE，但是，究竟应该低多少？要回答这个问题，可以根据[9]式，解出R_S和EFF_SOURCE的关系，并分别求出EFF_SOURCE为95%、90%和85%时的对应值。R_S95是在给定的输入输出条件下，95%电源效率所对应的R_S。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R_S90 = R_BISTABLE。这样的R_S90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(I_OUT = 2A)

V_PS	V_OUT	I_OUT	V_MIN	EFF_DCDC	P_OUT	R_BISTABLE	R_S95	R_S90	R_S85
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(I_OUT = 20A)

V_PS	V_OUT	I_OUT	V_MIN	EFF_DCDC	P_OUT	R_BISTABLE	R_S95	R_S90	R_S85
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R_S95，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(V_PS = 4.5V)

V_PS	V_OUT	I_OUT	V_MIN	EFF_DCDC	P_OUT	R_BISTABLE	R_S95	R_S90	R_S85
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(V_PS = 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。R_S不再是问题，因为比较大的R_S95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(V_PS = 15V)

V_PS	V_OUT	I_OUT	V_MIN	EFF_DCDC	P_OUT	R_BISTABLE	R_S95	R_S90	R_S85
15V	1.6V	5A	2.5V	86%	8W	3.359Ω	1.149Ω	2.177Ω	3.084Ω

结论

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。

参考文献

Erickson, Robert W. Fundamentals of Power Electronics. Chapman and Hall, 1997.
Lenk, Ron. Practical Design of Power Supplies. IEEE Press & McGraw Hill, 1998.
Gottlieb, Irving M. Power Supplies, Switching Regulators, Inverters and Converters. Second Edition, TAB Books, 1994.
Wettroth, John. "Controller Provides Constant Power Load." EDN, March 14, 1997.