通过优化变换器的FET开关来改善能量效率

通过优化变换器的FET开关来改善能量效率

图3 低电压MOSFET性能系数（FOM）的进步

       遗憾的是，FOM降低50%并不意味着MOSFET损耗减少50%，因为它们的关系不是线性的。不过，通过仔细的选择和优化，今天的MOSFET仍然可以显著降低系统的功率损耗。

系统级效率

       因此，功率MOSFET是DC/DC功率电路中功率损耗的罪魁祸首，通过采用先进的器件，可以将这一损耗大幅降低。那么这与系统总体效率有什么样的关系呢？

       设计人员寻求方法来改善负荷分别为低、中等、高时整个机器工作范围内的系统效率。在满载时，例如在计算机启动或者处理工序繁忙时，功率系统中传导损耗占主导。只需选择RDS(ON)较小的MOSFET就可以显著降低损耗。非常有趣的是，大多数PC在工作使用期中大部分时间处于待机或睡眠状态，因此低负荷时的效率非常重要。

图4 VR11.1（Intel主板电源规范）VCORE管腿的效率对比

       图4显示了实际的效率图，数据取自台式机电源整流器模块相位管柱。这4条曲线是将2个不同的MOSFET器件分别在300kHz和550kHz处得到的结果。我们可以看到整个负载电流范围内的效率。

       注意上面的两条曲线，在满载（30A）时，可以看到最新的器件的效率有1.5%的改进。同样还是这两条曲线，在负荷较小（15A）时，可以实现0.69%的改善。如果对整个负荷范围积分，那么与今天常见的方案相比，使用最新的MOSFET器件时平均功率损耗可以降低8%～10%。即使在较高的开关频率541kHz处，可以看到在负荷小时系统级效率仍然高于80%，而在满载时效率大于70%。如果频率继续增加，那么开关损耗将急剧增加。

       大多数DC/DC变换器的最佳工作频率是250～300kHz，因为这样的频率所产生的开关损耗和传导损耗都可以承受，而且输出到负载的纹波也足够低。工作在250kHz以下时效率会更高一些，但是电压输出的偏差可能太大，因此无法用来给Pentium芯片组供电。

       同样的想法可以用于笔记本电脑处理器的电源、游戏机，还可以用在置顶盒和其他家用消费电子产品，尽管它们的电流要小得多。每一毫瓦的能源节省看起来都举步维艰。不过，它可以为今天的环境问题造成全球的改善。许多方法上的小的改进都会产生显著的效果。