Z 係數定義

Z 係數等於二次側損失除以供應器的總損失,用以表示一次側與二次側之間的損失比例:

因此,0 < Z < 1。若得出的值接近於 1,表示大多數的損失發生在電源供應器的二次側,若值接近於 0,則表示大多數的損失發生於電源供應器的一次側。

Z 係數是相當重要的,因為它以及效率便可決定必須由一次側功率元件 (功率開關與變壓器) 處理的實際功率。因此,Z 的值會影響變壓器一次側繞組電感的值、變壓器的尺寸以及功率開關的工作模式 (連續或不連續導通),甚至會影響電源供應器的 EMI 效能。

根據消耗功率的原件可歸類出損失為一次側損失還是次級側損失。劃分一次側或二次側主要是依據損失發生於切換週期 (開啟或關閉) 的哪個部分,而不是依據元件安裝於一次側與二次側絕緣屏障間的哪一側。

 

一次側功率損失的範例:

 

二次側功率損失的範例:

 

Z 係數估算

下圖中所示的原型是在 88 VAC 輸入與 29 V、2.42 A 輸出 (70.18 W) 下執行。測量出的輸入功率總計為 93.2 W,提供 75.3% 的整體效率。這表示電源供應器中的損失總計,PLOSS 為 23.02 W。

以下是主要的一次側損失。而其他所有損失則屬於二次側損失。

  1.  功率開關導通損失,PCOND

  2.  功率開關切換損失 (關閉損失的一部分),PSW_PRI

  3.  EMI 濾波器損失,PEMI

  4.   橋式整流器導通損失,PDIODE

  5.  一次側繞組銅損失,PCOPPER

  6.  輸入大電容 ESR 損失,PESR

我們需要下列參數以計算上述的每項損失。括號中的值是每個參數的測量值。

 

 功率開關導通損失,PCOND

 

功率開關切換損失 (關閉損失的一部分),PSW_PRI

將 功率開關切換損失歸類為一次側或是二次側損失並不容易。因為它同時影響變壓器的兩側,同時也是影響重大的損失因素。因此,我們會將一半的損失歸到一次側,而另一半歸到二次側。

圖 1.範圍圖顯示出汲極電流 (上方) 以及汲極電壓 (下方)。

從圖 1 可以看出,此電源供應器每九個切換週期跳步一次,以維持輸出調節。 也必須將此部分考量為切換損失總計的一部分。

 

EMI 濾波器損失,PEMI

因為共模電感器中有兩個繞線,因此其損失會再乘以二。TC 是二極體導通時間。針對此供電器,TC 的測量值為 3.75 ms (請參閱圖 2)。

圖 2.輸入二極體 (電流) 導通時間:3.75 ms

橋式整流器損失,PDIODE

 一次側繞組銅損失,PCOPPER

 

大電容器 ESR 損失,PESR

 

因此,一次側損失總計,PLOSS_PRI

PLOSS_PRI = PCOND + PSW_PRI + PEMI + PDIODE + PCOPPER + PESR

PLOSS_PRI = 8.2133 W

因此,二次側損失總計 PLOSS_SEC 可以表示為:

PLOSS_SEC = PLOSS - PLOSS_PRI

PLOSS_SEC = 14.81 W

根據 Z 係數的定義:


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