高效电源的秘密：95%的转化效率，如SMPS降压转换器的卓越表现，97%的效率并非偶然。关键在于理解其内部损耗，比如降压型转换器通过低RDS(ON) MOSFET和同步整流技术实现。
首先，MOSFET的传导和开关损耗不容忽视。传导损耗的精确计算需利用电流峰值和谷值积分，如图1所示，而当峰均电流较小，通过平均电流估算也能得到相近结果。例如，通过改进计算方法，MOSFET损耗可能高达0.089W，远超平均电流估算的78%。
其次，二极管损耗与正向电流、VF和导通时间密切相关。其估算公式为：PCOND(DIODE) = IOUT × VF × (1 - VOUT/VIN)。输出电压越低，二极管损耗越大。
动态开关损耗则主要来自MOSFET，随频率上升而增大。公式为：PSW(MOSFET) = 0.5 × VD × ID × (tSW(ON) + tSW(OFF)) × fS。如图5所示，计算出MOSFET损耗约为106mW，与实际测量值117.4mW相近，是效率优化的重要考虑因素。
二极管的开关损耗受反向恢复时间tRR影响，与反向电流尖峰和偏置电压有关。降低损耗可通过选择低RDS(ON) MOSFET和快速恢复二极管，以及集成功率开关和优化控制架构如同步整流或跳脉冲模式（如图7所示）来实现。
在标称负载下，噪声控制是易事。SMPS在不同工作模式下有其效率优化点：PWM模式在重载时高达98%，轻载时则有所下降；跳脉冲模式在轻载时效率较高，因为开关仅在必要时启用。别忘了关注电感的线圈损耗（DCR）和磁芯损耗，以及电容的ESR和漏电流等无源元件的影响。
电感损耗可通过制造商提供的在线工具，如Coilcraft，输入数据进行精确计算。电感的DCR减小，能有效降低电阻功耗，而磁芯损耗由磁滞和涡流损耗构成，材料选择对损耗至关重要。
电容在电路中的作用不容小觑，但其ESR、漏电流和电介质损耗会影响效率。随着频率提高，ESR会增大，因此选择低ESR电容至关重要，如图8所示。
最后，ESR计算需考虑电容的类型、容量、电压和工作频率，因为这直接影响到I2×RESR损耗和效率。更多技术分享和国产芯片选型，可关注谷泰微公众号获取。