摘要：紧凑型电子设备中DC-DC电源系统效率是一个非常关键的问题。详细分析了DC-DC电源系统各部分之间的相互作用以及影响DC-DC电源系统效率的主要因素，并指出：结合DC-DC转换器的输入特性，合理配置电源参数与选取DC-DC工作点可以有效地改善DC-DC电源系统效率。

    关键词：DC-DC转换器 系统效率 DC-DC工作点 电源内阻

随着电子设备的微型化，紧凑型电子设备的供电是一个非常重要的问题。目前DC-DC转换器普遍地应用于电源供电的设备要求省电的紧凑型电子设备中。应用DC-DC转换器的目的一方面是要进行电压转换，给一些器件提供合适的工作电压，但更重要的是在电压转换的同时保证有较高的系统效率和较小的体积。在正常情况下优秀的DC-DC转换器有高达95%以上的转换效率。较高的系统效率不仅可以延长电源使用周期，也可以进一步减小设备体积。

经分析不难发现，DC-DC电源的系统效率一方面受限于电源系统本身的耗能元件，如电源内阻、滤波器阻抗、连接导线及接触电阻等；另一方面与DC-DC转换器的工作状态和电源参数也有很大关系，合理地配置这些设计参数可以改善系统效率。电源内阻的耗能会使电源本身的效率降低，同时也影响到DC-DC转换器的输入电压，因而也影响DC-DC转换器的转换效率。在极端情况下，DC-DC转换器会进入非正常状态，严重时系统将完全停止工作，即使能正常工作也会严重损失系统效率。所以在设计中合理选择电源电压、减小电源内阻、正确选择DC-DC转换器的工作点可以有效地改善DC-DC电源的系统效率。DC-DC电源系统的优化设计关键在于正确 分析电子设备各部分之间（尤其是电源和DC-DC转换器之间）的相互作用，找出影响电源系统效率的主要因素。

1 一般电子设备中的功率分配

一般含有DC-DC电源的电子系统可以划分成三部分：电源、电压调节器（DC-DC转换器）和负载，如图1所示。实际的电源部分可以是电源组或一个稳压或未稳压的直流电源，分析时可等效为理想的电压源Vs和电源内阻Rs两部分。其中Rs包括电源输出阻抗、串联滤波器电阻、导线电阻及接触电阻等，这些电阻是耗能元件，会严重影响电源效率。电源效率（Es）定义为电压调节器吸取的功率与电源提供的总功率之比：

Es=Pi/Ps=[(IiVi)/(IiVs)] ·100%    (1)

电压调节器由控制IC和相关的外围元件组成控制IC的部分特性参数在制造商提供的数据手册中可以查到。电压调节器的转换效率（Ed）定义为DC-DC转换器向负载部分提供的功率与其输入功率之比：

Ed=Po/Pi=[(IoVo)/(IiVi) ]·100%    (2)

根据制造商的描述，DC-DC的转换效率Ed是输入电压Vi、输出电压Vo和负载电流I0的函数。但在正常情况下，转换效率Ed对负载电流I0的变化不感，当负载电流Io的变化量超出两个数量级时，效率的变化不会超出几个百分点，因此在非极端情况下DC-DC转换器的转换效率通常可以近似为常数。但是在极端情况下转换效率将会严重损失，这一点可以从DC-DC转换器的输入特性（如图2中的①所示）看出。在这里暂且把DC-DC转换器看成一个二端口的黑匣子。

负载部分和电源部分类似，也可等效为有效负载Rl和与其连接的耗能元件RP。负载部分的效率（Ei）定义为有效负载实际吸取功率与转换器提供的输出功率之比：

El=Pl/Po=(IoVl/IoVo)·100%    (3)

整个系统的效率应为Es、Ed、Ei三部分效率的乘积。由于这三部分是相互影响的，所以系统优化设计的关键就在于正确分析三者之间的相互作用，合理配置它们之间