探討功率開關各部位傳導損耗計算方法

2020-12-14 電子發燒友

探討功率開關各部位傳導損耗計算方法

跳躍的開發板 發表於 2020-04-05 11:14:00

從本文開始將探討各部位的損耗計算方法。本文介紹功率開關–輸出端MOSFET的傳導損耗。

PONH：高邊MOSFET導通時的導通電阻帶來的傳導損耗

PONL：低邊MOSFET導通時的導通電阻帶來的傳導損耗

PSWH：開關損耗

Pdead_time：死區時間損耗

PIC：IC自身功率損耗

PGATE：柵極電荷損耗

PCOIL：電感的DCR帶來的傳導損耗

輸出端MOSFET的傳導損耗

輸出端MOSFET的傳導損耗是高邊和低邊MOSFET導通時的導通電阻（RDS（ON））帶來的，也稱為「導通損耗」。在這裡使用以下符號來表示。

ONH：高邊MOSFET導通時的導通電阻帶來的傳導損耗

ONL：低邊MOSFET導通時的導通電阻帶來的傳導損耗

導通電阻是表示MOSFET特性的重要參數之一，並且MOSFET一定存在導通電阻。因此顯而易見，具有電阻的導體中會有電流流過，而這部分會產生損耗。

下面來求MOSFET的傳導損耗。下面電路圖中的IONH（紅色）表示高邊MOSFET導通時的電流。IONL（藍色）為低邊MOSFET導通時的電流。波形圖中的LX是開關節點的電壓波形，IONH和IONL是伴隨著開關的各電流波形，IL是電感電流，這是一個標準型示例。

在同步整流中，高邊開關導通時低邊開關會關斷，低邊導通時高邊會關斷。開關節點波形的紅色部分表示流過IONH，藍色部分表示流過IONL。也就是說，這期間流過MOSFET的電流和MOSFET的導通電阻帶來的功率損耗成為各自的傳導損耗。以下為計算公式示例。

可以看出，結果是根據歐姆定律，I2、R乘以導通期間後的值。電流模型使用了平均電流Io。

順便提一下，在二極體整流（非同步整流）的情況下，同步整流的低邊MOSFET僅成為二極體，因此可以用同樣的思路來求損耗。二極體中沒有「導通電阻」這個參數，因此根據正向電壓Vf計算。在這裡由於電壓（Vf）是已知的，因此可以通過V、I來計算。另外，當開關為雙極電晶體時，也可以按照和二極體相同的思路根據VCE來計算。

在實際的計算中重要的是：導通電阻的值根據Io值中的導通電阻來計算。一般情況下在MOSFET的技術規格書中會給出導通電阻RDS（ON）和IDS的曲線圖，可以利用這些數據。二極體的Vf和雙極電晶體的VCE也同樣可以使用技術規格書中給出的數據。

關鍵要點：

・同步整流降壓轉換器MOSFET的傳導損耗根據導通電阻和導通時的電流及導通期間來計算。

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