顯著是因?yàn)楦吖β省Ｔ?/span>SMPS中，晶體管在開(kāi)關(guān)電源辦法的非線性辦法下工作。這意味著，當(dāng)晶體管導(dǎo)通并傳導(dǎo)電流時(shí)，電源途徑上壓降最小。晶體管關(guān)斷并阻遏高電壓時(shí)，電源途徑中幾乎沒(méi)有電流。因此半導(dǎo)體晶體管像一個(gè)志趣的開(kāi)關(guān)電源。晶體管中的功率損耗可減至最小。高功率、低功耗和高功率密度是規(guī)劃人員運(yùn)用SMPS而不是線性穩(wěn)壓器或LDO的最主要原因，特別是在高電流使用中。例如現(xiàn)在12VIN、3.3VOUT開(kāi)關(guān)電源辦法同步降壓電源通常可完成90%以上的功率，線性穩(wěn)壓器的功率不到27.5%。這意味著功率損耗或規(guī)范至少減小了8倍。
最常用的開(kāi)關(guān)電源：降壓轉(zhuǎn)換器
圖8閃現(xiàn)的最簡(jiǎn)略常用的開(kāi)關(guān)電源穩(wěn)壓器降壓型DC/DC轉(zhuǎn)換器。它有兩種操作辦法，詳細(xì)取決于晶體管Q1是敞開(kāi)仍是關(guān)閉。為了簡(jiǎn)化議論，假定全部電源設(shè)備都是志趣設(shè)備。當(dāng)開(kāi)關(guān)電源（晶體管）Q1敞開(kāi)時(shí)，開(kāi)關(guān)電源節(jié)點(diǎn)電壓VSW=VIN，電感L電流由(VIN–VO)充電。圖8(a)閃現(xiàn)此電感充電辦法下的等效電路。當(dāng)開(kāi)關(guān)電源Q1關(guān)閉時(shí)，電感電流通過(guò)續(xù)流二極管D1，如圖8(b)所示。開(kāi)關(guān)電源節(jié)點(diǎn)電壓VSW=0V，電感L電流由VO負(fù)載放電。因?yàn)橹救る姼性诜€(wěn)態(tài)下不可能有直流電壓，均勻輸出電壓VO可通過(guò)以下公式算出：
圖8.降壓轉(zhuǎn)換器操作形式和典型波形
其間TON是開(kāi)關(guān)電源周期TS內(nèi)的導(dǎo)通時(shí)刻距離。假定TON/TS之比界說(shuō)為占空比D，則輸出電壓VO為：
當(dāng)濾波器電感L和輸出電容CO的值足夠高時(shí)，輸出電壓VO為只需1mV紋波的直流電壓。在這種情況下，關(guān)于12V輸入降壓電源，從概念上講，27.5%的占空比供應(yīng)3.3V輸出電壓。
除了上面的均勻法，還有一種辦法可推導(dǎo)出占空比公式。志趣電感在穩(wěn)態(tài)下不可能有直流電壓。因此，必須在開(kāi)關(guān)電源周期內(nèi)堅(jiān)持電感的伏秒平衡。根據(jù)圖8中的電感電壓波形，伏秒平衡需求：因此，VO=VIN?D(5)
公式(5)與公式(3)相同。這個(gè)伏秒平衡法也可用于其他DC/DC拓?fù)洌酝茖?dǎo)出占空比與VIN和VO的關(guān)系式。
降壓轉(zhuǎn)換器中的功率損耗直流傳導(dǎo)損耗
選用組件（導(dǎo)通狀態(tài)下零壓降和零開(kāi)關(guān)電源損耗）時(shí)，降壓轉(zhuǎn)換器的功率為100%。而實(shí)際上，功耗一直與每個(gè)功率元件相關(guān)聯(lián)。SMPS中有兩種類型的損耗：直流傳導(dǎo)損耗和交流開(kāi)關(guān)電源損耗。
降壓轉(zhuǎn)換器的傳導(dǎo)損耗首要來(lái)自于晶體管Q1、二極管D1和電感L在傳導(dǎo)電流時(shí)發(fā)生的壓降。為了簡(jiǎn)化議論，傳導(dǎo)損耗核算中忽略電感電流的交流紋波。假定MOSFET用作功率晶體管，MOSFET的傳導(dǎo)損耗等于IO2?RDS(ON)?D，其間RDS(ON)是MOSFETQ1的導(dǎo)通電阻。二極管的傳導(dǎo)功率損耗等于IO?VD?(1–D)，其間VD是二極管D1的正向壓降。電感的傳導(dǎo)損耗等于IO2?RDCR，其間RDCR是電感繞組的銅電阻。因此，降壓轉(zhuǎn)換器的傳導(dǎo)損耗約為：
例如，12V輸入、3.3V/10AMAX輸出降壓電源可使用以下元件：MOSFETRDS(ON)=10mΩ，電感RDCR=2mΩ，二極管正向電壓VD=0.5V。因此，滿負(fù)載下的傳導(dǎo)損耗為：
假定只考慮傳導(dǎo)損耗，轉(zhuǎn)換器功率為：
上述剖析閃現(xiàn)，續(xù)流二極管的功率損耗為3.62W，遠(yuǎn)高于MOSFETQ1和電感L的傳導(dǎo)損耗。為進(jìn)一步進(jìn)步功率，ADI公司建議可將二極管D1替換為MOSFETQ2，如圖9所示。該轉(zhuǎn)換器稱為同步降壓轉(zhuǎn)換器。Q2的柵極需求對(duì)Q1柵極進(jìn)行信號(hào)互補(bǔ)，即Q2僅在Q1關(guān)斷時(shí)導(dǎo)通。同步降壓轉(zhuǎn)換器的傳導(dǎo)損耗為：
圖9.同步降壓轉(zhuǎn)換器及其晶體管柵極信號(hào)
假定10mΩRDS(ON)MOSFET也用于Q2，同步降壓轉(zhuǎn)換器的傳導(dǎo)損耗和功率為：
上面的示例顯現(xiàn)，同步降壓轉(zhuǎn)換器比傳統(tǒng)降壓轉(zhuǎn)換器更高效，特別適用于占空比小、二極管D1的傳導(dǎo)時(shí)刻長(zhǎng)的低輸出電壓運(yùn)用。
交流開(kāi)關(guān)電源損耗
除直流傳導(dǎo)損耗外，還有因運(yùn)用不志趣功率元件導(dǎo)致的其他交流/開(kāi)關(guān)電源相關(guān)功率損耗：
1.MOSFET開(kāi)關(guān)電源損耗。真實(shí)的晶體管需求時(shí)刻來(lái)導(dǎo)通或關(guān)斷。因此，在導(dǎo)通和關(guān)斷瞬變過(guò)程中存在電壓和電流堆疊，然后發(fā)生交流開(kāi)關(guān)電源損耗。圖10閃現(xiàn)同步降壓轉(zhuǎn)換器中MOSFETQ1的典型開(kāi)關(guān)電源波形。頂部FETQ1的寄生電容CGD的充電和放電及電荷QGD決議大部分Q1開(kāi)關(guān)電源時(shí)刻和相關(guān)損耗。在同步降壓轉(zhuǎn)換器中，底部FETQ2開(kāi)關(guān)電源損耗很小，由于Q2總是在體二極管傳導(dǎo)后導(dǎo)通，在體二極管傳導(dǎo)前關(guān)斷，而體二極管上的壓降很低。可是，Q2的體二極管反向恢復(fù)電荷也或許增加頂部FETQ1的開(kāi)關(guān)電源損耗，并發(fā)生開(kāi)關(guān)電源電壓響鈴和EMI噪聲。公式(12)閃現(xiàn)，操控FETQ1開(kāi)關(guān)電源損耗與轉(zhuǎn)換器開(kāi)關(guān)電源頻率fS成正比。精確核算Q1的能量損耗EON和EOFF并不簡(jiǎn)略，詳細(xì)可拜見(jiàn)MOSFET供貨商的運(yùn)用筆記。
圖10.降壓轉(zhuǎn)換器中頂部FETQ1的典型開(kāi)關(guān)電源波形和損耗
2.電感鐵損PSW_CORE。真實(shí)的電感也有與開(kāi)關(guān)電源頻率相關(guān)的交流損耗。電感交流損耗首要來(lái)自磁芯損耗。在高頻SMPS中，磁芯材料可能是鐵粉芯或鐵氧體。一般來(lái)說(shuō)，鐵粉芯微飽滿，但鐵損高，而鐵氧體材料劇烈飽滿，但鐵損低。鐵氧體是一種類似陶瓷的鐵磁材料，
其晶體結(jié)構(gòu)由氧化鐵與錳或氧化鋅的混合物組成。鐵損的首要原因是磁滯損耗。磁芯或電感制造商一般為電源規(guī)劃人員供應(yīng)鐵損數(shù)據(jù)，以估量交流電感損耗。
3. 其他交流相關(guān)損耗。其他交流相關(guān)損耗包含柵極驅(qū)動(dòng)器損耗PSW_GATE（等于VDRV ? QG ? fS）和死區(qū)時(shí)刻（頂部FETQ1和底部FETQ2均關(guān)斷時(shí)）體二極管傳導(dǎo)損耗（等于(ΔTON+ ΔTOFF) ? VD(Q2) ? fS）。
總而言之，開(kāi)關(guān)電源相關(guān)損耗包含：
一般，計(jì)算開(kāi)關(guān)電源相關(guān)損耗并不簡(jiǎn)略。開(kāi)關(guān)電源相關(guān)損耗與開(kāi)關(guān)電源頻率fS成正比。在12VIN、3.3VO/10AMAX同步降壓轉(zhuǎn)換器中，200kHz – 500kHz開(kāi)關(guān)電源頻率下的交流損耗約導(dǎo)致2%至5%的功率丟掉。因此，滿負(fù)載下的總功率約為93%，比LR或LDO電源要好得多。可以減少將近10倍的熱量或規(guī)范。
