horoscope's blog

导通损耗#

电流流过电阻时产生的发热，即导通损耗。其大小正比于电流的平方：

$P_{\text{导通}} \propto I^2$

大电流场景下导通损耗会急剧增加，这是电源设计中需要重点关注的部分。

开关损耗#

开关电源中的开关管每次切换的一瞬间，MOS的电压和电流同时存在，产生一部分功率损耗。这个损耗正比于开关频率，与负载电流大小关系不大，可视为固定损耗：

$P_{\text{开关}} \propto f_{\text{sw}}$

开关电源的效率曲线#

导通损耗随电流增大而增大，开关损耗基本固定。两者叠加后，效率曲线呈现拱形：

手机在大部分时间处于待机或轻载状态，因此厂商会极力优化待机功耗。常见手段包括让芯片在空闲时采用跳周期（burst mode）等策略，减少不必要的开关动作，从而降低固定损耗。

拓展知识：开关电源的 DCM 与 CCM ，其中 DCM 牺牲纹波和响应时间，换取更高的转换效率。

线性稳压器（LDO）#

线性稳压器的工作原理类似于串联在电路中的可调电阻，通过承受多余的压降来实现稳压。损耗为压差乘以电流：

$P_{\text{LDO}} = (V_{\text{in}} - V_{\text{out}}) \times I$

效率近似等于输出电压除以输入电压：

$\eta_{\text{LDO}} \approx \frac{V_{\text{out}}}{V_{\text{in}}}$

例如 5 V 降到 1 V，效率最高只有 20%，其余 80% 全部变成热量。

对比#

高压低流#

提高传输电压、降低电流。线缆上的损耗正比于电流的平方，电流降一半，线缆损耗降到四分之一。这也是为什么快充协议普遍采用高电压方案。

电荷泵#

电荷泵用电容而非电感来搬运电荷。在输入电压恰好是输出电压整数倍时，效率可以达到 97% 以上。目前手机快充中广泛使用电荷泵进行高压到低压的转换。

测试方法#

使用电子负载从轻载逐步扫到满载，在每个负载点分别测量输入功率和输出功率，计算效率，然后将所有点连成一条效率曲线。

注意事项#

1. 测点要贴在器件引脚上：不要在远离器件的导线上测量，否则导线电阻引入的压降会导致测量结果不准确。
2. 电流要测准：电流测量的误差会直接传导到效率计算中，务必使用精度足够的电流探头或采样电阻。

热像仪辅助#

用热像仪对电路板进行拍摄，可以直观地看出哪些元件温度最高，从而定位损耗最大的地方。