【導讀】超規格過度指定 AC/DC 或 DC/DC 轉(zhuan)換(huan)器(qi)來(lai)應(ying)付(fu)瞬(shun)態(tai)峰(feng)值(zhi)負(fu)載(zai)
，就(jiu)好(hao)像(xiang)它(ta)們(men)是(shi)一(yi)個(ge)連(lian)續(xu)狀(zhuang)態(tai)，不(bu)但(dan)會(hui)降(jiang)低(di)效(xiao)率(lv)同(tong)時(shi)還(hai)可(ke)能(neng)導(dao)致(zhi)電(dian)源(yuan)供(gong)應(ying)量(liang)超(chao)出(chu)必(bi)要(yao)範(fan)圍(wei)。通(tong)過(guo)了(le)解(jie)應(ying)用(yong)的(de)平(ping)均(jun)、zuihuaiqingkuanghefengzhifuzaidengtiaojian

，cainengxuanzezuishidangdejiejuefanganlaiquebaoyijiaodidechengbentigongkekaodedianyuandianya。womendejishuzhichigongchengshihuojishuxiaoshoutuanduikeyiweinindeyingyongtigongzuihaodejianyi。

許多工程師傾向選擇「餘量」充足的電源

，例如一個應用消耗 5W 的功率，那麼會選擇 10W dedianyuanyiyingfuzuihuaideqingkuang。zhebeihoudeliyoushichulexuyaoyidingdeanquanxishucainenghuodegaokekaoxing，yeyaoquebaoyihouzaiyingyongdianluzhongtianjiagongnengshihaiyouzugoudedianyuanronglianglaiyingduiewaidefuzai。zhexiedoushinanyifanbodeyoulilundian，dantabingfeizongshidianyuanyingyongzuiyouxiaodefangfa。

以 10W AC/DC 電源（例如 RAC10-12SK/277）的典型效率/負載圖為例：

圖 1：10W AC/DC 轉換器的效率/負載圖

效率曲線圖顯示負載超過 20% 時維持平坦，表現很好。但到了 50% 負載 (5W) 時，效率根據電源電壓的不同在 77% 到 81% 之間變化（圖 1，橘線）。在 100% 負載下，無論何種輸入電壓效率都維持在 83% 不變（圖 1，藍線）。這種差異看起來可能並不明顯，但 77% 的效率就意味著 30% 的供應能量被浪費為熱量
，而 83% 的效率代表隻有 20% 被浪費，大幅降低了耗散功率。 如果該電源替換成同等的 5W電源，例如 RAC05-12SK/277，那麼效率將不受電源電壓影響保持在 83%（圖 2）。

圖 2. 5W AC/DC 轉換器的效率/負載圖

另外，它不僅工作效率更高
，5W電源的尺寸也隻有10W的一半而且還更便宜：這是雙贏！

峰值功率與平均功率

您或許會問
，那峰值功率呢

？在最壞的連續負載條件下，電源要如何應對額外的短期峰值過載？

這裏的關鍵詞是「最壞的情況」。zaizhengchangyunxingqijianfuzaitongchanghuidiyugonglvxuqiu。ruguozhuanhuanqizaizuihuaidefuzaiqingkuangxialianxugongzuo，tarengrankeyiqingsongchulizheyangdegonglvshuiping

，ershijishangfuzaiyebuhuinamegao。zheweizhuanhuanqitigongleyixie「熱餘量」來處理高於連續工作負載的短期峰值過載。

例如，RAC05-SK/277 規格書提供了峰值負載能力的計算公式（圖 3）：

圖3. 峰值負載計算公式（源自規格書）

這裏的一個重要的數值是 PP – 峰值輸出功率。RAC05-SK/277 的標稱輸出功率為 5W，而實際上它可以在不觸發過載保護的情況下提供 6W。過載如果低於標稱負載的 120%
，轉(zhuan)換(huan)器(qi)內(nei)的(de)器(qi)件(jian)溫(wen)度(du)是(shi)限(xian)製(zhi)因(yin)子(zi)。如(ru)果(guo)轉(zhuan)換(huan)器(qi)有(you)足(zu)夠(gou)的(de)時(shi)間(jian)在(zai)過(guo)載(zai)之(zhi)後(hou)冷(leng)卻(que)，它(ta)就(jiu)可(ke)以(yi)承(cheng)受(shou)多(duo)次(ci)過(guo)載(zai)或(huo)循(xun)環(huan)過(guo)載(zai)，同(tong)時(shi)持(chi)續(xu)提(ti)供(gong)穩(wen)定(ding)的(de)輸(shu)出(chu)電(dian)壓(ya)。

如ru要yao應ying付fu非fei常chang短duan暫zan且qie嚴yan重zhong的de過guo載zai，可ke以yi安an裝zhuang一yi個ge外wai部bu輸shu出chu電dian容rong來lai提ti供gong所suo需xu的de峰feng值zhi電dian流liu並bing阻zu止zhi轉zhuan換huan器qi啟qi動dong過guo載zai保bao護hu。這zhe對dui無wu線xian連lian接jie微wei控kong製zhi器qi等deng應ying用yong來lai說shuo很hen實shi用yong，雖sui然ran傳chuan輸shu突tu發fa期qi間jian的de電dian流liu峰feng值zhi發fa生sheng的de時shi間jian既ji短duan功gong率lv又you高gao，但dan平ping均jun功gong耗hao要yao低di得de多duo（圖 4）。在這種情況下
，電源可以針對提供平均功率而不是峰值功率來設計。

圖 4：支持 WLAN 微控製器的典型電流消耗曲線

到目前為止我們已經探討了 AC/DC 轉換器，但也可以用相同的方式分析 DC/DC 轉換器。它們之間的區別在於 DC/DC 轉換器是專為在 80-100% 的de輸shu出chu功gong率lv範fan圍wei內nei連lian續xu工gong作zuo所suo設she計ji的de
，它ta們men的de效xiao率lv曲qu線xian在zai低di負fu載zai時shi會hui下xia降jiang得de更geng快kuai，因yin此ci低di輸shu出chu電dian流liu並bing不bu代dai表biao低di工gong作zuo溫wen度du。一yi般ban來lai說shuo，應ying該gai避bi免mian 5W 負載使用 10W DC/DC 轉換器
，除非遇到除了降額以外沒有其他方法可以滿足所需的工作溫度範圍的情況。例如，RS12-Z 係列采用緊湊 SIP8 外殼 (21.8mm x 9.6mm) 提供出色的 12W 隔離功率。

RS12-Z 轉換器使用自然對流冷卻和標稱 24V 電源可在高達 75°C 的溫度下全功率工作

，而負載降額 50% 時工作溫度為 -40°C 至 +85°C。負載減半卻隻提供 +10°C 的環境溫度範圍，這是因為轉換器不再以最高效率工作。即使如此，僅采用自然對流冷卻就可在全工業溫度範圍內工作的 SIP8 封裝 6W 轉換器仍然大幅優於競爭對手，因為後者必須求助於強製空氣冷卻才能提供相同的輸出功率。

過流保護

許多低成本的 AC/DC 和 DC/DC 轉換器都有非常基本的輸出過流保護電路來偵測內部電流取樣電阻器的電壓降（圖 5）。

圖 5：基本的過流保護。電流取樣電阻器兩端的電壓超過 0.7V 時會導通NPN 晶體管並斷開功率 FET 的柵極驅動。

這種保護電路雖然簡單而且作為短路保護非常有效
，但觸發點在很大程度上是由電流取樣電阻器的容差和 NPN 晶體管的 VBE 閾值電壓而定，造成過流限製的變化很大。因此要確定器件值以便在 100% 負載下過流保護不會在環境工作溫度範圍以上時誤觸發。這使轉換器在室溫下具有非常寬的過載容量 — 通常高達標稱輸出功率的 140%。這種轉換器可以在連續滿載的情況下可靠工作，同時仍有很大的餘量來應付任何過載狀況。

這個概述有一個例外，DC/DC 開關穩壓器通常以較高的開關頻率工作來縮小器件尺寸（降壓轉換器增加頻率會減少輸出電感和輸出電容），因此如果遇到突發峰值過載時會有較少的功率儲備。電流取樣電阻器通常與主控製器 IC 集(ji)成(cheng)在(zai)一(yi)個(ge)芯(xin)片(pian)上(shang)，具(ju)有(you)更(geng)嚴(yan)格(ge)的(de)電(dian)阻(zu)值(zhi)容(rong)差(cha)從(cong)而(er)降(jiang)低(di)過(guo)流(liu)限(xian)製(zhi)的(de)變(bian)化(hua)。此(ci)外(wai)
，大(da)多(duo)數(shu)開(kai)關(guan)穩(wen)壓(ya)器(qi)控(kong)製(zhi)器(qi)也(ye)使(shi)用(yong)精(jing)確(que)的(de)比(bi)較(jiao)器(qi)輸(shu)出(chu)來(lai)監(jian)測(ce)逐(zhu)周(zhou)期(qi)電(dian)流(liu)限(xian)製(zhi)，而(er)不(bu)是(shi)依(yi)賴(lai)不(bu)精(jing)確(que)的(de) Vbe 結點閾值電壓，因此達到過流或短路保護的極限時它們會立即關閉。由此可見，應該考慮 DC/DC 開關穩壓器在最壞情況下的峰值負載條件而非平均負載。

結論

超規格過度指定 AC/DC 或 DC/DC 轉(zhuan)換(huan)器(qi)來(lai)應(ying)付(fu)瞬(shun)態(tai)峰(feng)值(zhi)負(fu)載(zai)
，就(jiu)好(hao)像(xiang)它(ta)們(men)是(shi)一(yi)個(ge)連(lian)續(xu)狀(zhuang)態(tai)
，不(bu)但(dan)會(hui)降(jiang)低(di)效(xiao)率(lv)同(tong)時(shi)還(hai)可(ke)能(neng)導(dao)致(zhi)電(dian)源(yuan)供(gong)應(ying)量(liang)超(chao)出(chu)必(bi)要(yao)範(fan)圍(wei)。通(tong)過(guo)了(le)解(jie)應(ying)用(yong)的(de)平(ping)均(jun)
、zuihuaiqingkuanghefengzhifuzaidengtiaojian
，cainengxuanzezuishidangdejiejuefanganlaiquebaoyijiaodidechengbentigongkekaodedianyuandianya。womendejishuzhichigongchengshihuojishuxiaoshoutuanduikeyiweinindeyingyongtigongzuihaodejianyi。

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