剖析开关电源MOS管开关消耗推导进程 看得明显白白-KIA MOS管
信息来历：本站 日期：2019-07-18
开关消耗包含导通消耗和停止消耗。导通消耗指功率管从停止到导通时,所产生的功率消耗。停止消耗指功率管从导通到停止时,所产生的功率消耗。开关消耗（Switching-Loss）包含守旧消耗（Turn-on Loss）和关断消耗(Turn-of Loss)，经常在硬开关（Hard-Switching）和软开关（Soft-Switching）中会商。
所谓守旧消耗（Turn-on Loss），是指非抱负的开关管在守旧时，开关管的电压不是当即降落到零，而是有一个降落时候，同时它的电流也不是当即回升到负载电流，也有一个回升时候。在这段时候内，开关管的电流和电压有一个交叠区，会产生消耗，这个消耗即为守旧消耗。以此类比，能够或许得出关断消耗产生的缘由，这里不再赘述。开关消耗另外一个意义是指在开关电源中，对大的MOS管停止开关操纵时，须要对寄生电容充放电，如许也会引发消耗。
电源工程师们都晓得开关MOS在全部电源体系外面的消耗占比是不小的，开关mos的的消耗咱们谈及最多的便是守旧消耗和关断消耗，因为这两个消耗不像导通消耗或驱动消耗一样那末直观，一切有局部人对它计较还有些苍茫。咱们明天以反激CCM形式的守旧消耗和关断消耗来把公式推导一番，但愿能够或许给列位有所开导。
咱们晓得这个消耗是因为守旧或关断的那一个极短的时辰有电压和电流的穿插而引发的交越消耗，以是咱们先得把交越波形得画出来，而后按照波形来一步步推导它的计较公式。
下图为电流与电压在开关时交叠的进程，这个图中描写的是实在是最卑劣的环境，守旧时等mos管电流回升到I1以后mos管电压才起头降落，关断时等mos管电压回升到Vds后mos管电流才起头降落。
最卑劣的环境阐发：
阶段一：电压稳定电流回升（电压为Vds稳定，电流由0回升到Ip1）
mos守旧刹时，电流从零疾速起头回升到Ip1，此进程MOS的DS电压稳定为Vds；
阶段二：电流稳定电压降落（电流为Ip1稳定，电压由Vds降落到0）
电流回升到Ip1后，此时电流的回升斜率（Ip1-Ip2段）绝对0-Ip1这一刹时长短常迟缓的，咱们能够或许类似把回升到Ip1以后延续回升的斜率以为是0，把电流根基以为是Ip1稳定，此时MOS管的DS电压起头疾速降落到0V。
阶段一：电流稳定电压回升（电流为Ip2稳定，电压由0回升到Vds）
电压从0疾速起头回升到最高电压Vds，与守旧同理此进程MOS的电流根基稳定为Ip2；
阶段二：电压稳定电流降落（点压为Vds稳定，电流由Ip2降落到0）
电压此时为Vds稳定，电流敏捷从Ip2以很大的降落斜率降到0。
上面对最卑劣的开关环境做了阐发，可是我按照小我的经历这只是一场误解，本身没发明有这类环境，以是我一般不必这类环境来计较开关消耗。
因为本身不必，以是对上述环境不做具体推导，上面间接给出最卑劣的环境的守旧关断消耗的计较公式：
至于关断和守旧的交越时候t上面会给出预算进程。
小我以为更合适现实环境的阐发与推导，请看下图。
这类环境跟上一种环境的差别的地方就在于：
守旧时：电流0-Ip1回升的进程与电压Vds-0降落的进程同时产生。
关段时：电压0-Vds的回升进程与电流从Ip2-0的降落进程同时产生。
咱们先把守旧交越时候定位t1，咱们大抵看上去用均匀法来计较仿佛间接能够或许看出来，Ip1/2 × Vds/2 *t1*fs，现实上这是错误的，这个进程现实上精确的计较是，在时候t内每个刹时的都对应一个功率，而后把这段时候内一切的刹时功率累加而后再除以开关周期T或乘以开关频次fs。好了思惟有了就只剩下数学题目了，咱们一路来看下。
对此式，Vds、Ip1在计较变压器时已计较出来，fs是开关频次是已知的，以是只需求出t1就能够预算出守旧消耗。
上面我来说一下t1的预算体例，思绪是按照MOS管datasheet给出的栅极总电荷量来计较时候t1，用公式Qg=i*t来计较。
咱们来看看上图是驱动的进程，Vth为MOS管的守旧阈值，Vsp为MOS管的米勒平台，现实上MOS管从起头导通到饱和导通的进程是从驱动电压a点到b点这个区间。
此中栅极总电荷Gg是能够或许在mos管的datasheet中能够或许查问到的。
而后便是请求这段时候的驱动电流，咱们看下图，这个电流连系你的现实驱动电路来取值的。
按照你的驱动电阻R1的值和米勒平台电压能够或许把电流i计较出来。米勒平台电压Vsp也能够或许在MOS管的datasheet中能够或许查到。
而后再按照你的现实驱动电压（现实上便是类似即是芯片Vcc供电电压），什物电压做出来之前，在实际预算阶段能够或许本身先预设定一个，比方预设15V。
咱们计较时把Vth到Vsp这一段把它类似当作都即是Vsp，而后就很好计较出i了。
i=(Vcc-Vsp)/R1
现在驱动电流i已求出，接上去计较平台时候（a点到b点）t1.
Qg=i*t1
t1=Qg/i
接上去咱们总结一下开关MOS守旧时的消耗计较公式
i=(Vcc-Vsp)/R1 计较平台处驱动电流
t1=Qg/i 计较平台的延续时候（也便是mos守旧时，电压电流的交越时候）
Pon=1/6*Vds*Ip1*t1*fs
对关断时的消耗计较跟守旧时的消耗就算推导体例没甚么区分，这里给出一个简略的成果。
i=(Vsp)/R2 计较平台处驱动电流
t1=Qg/i 计较平台的延续时候（也便是mos关断时，电压电流的交越时候）
Ptoff=1/6*Vds*Ip1*t1*fs
上文是针对反激CCM，对DCM的计较体例是一样的，不过DCM下Ip1为0，守旧消耗是能够或许疏忽不计的，关断消耗计较体例一样。
接洽体例：邹师长教师
接洽德律风：0755-83888366-8022
手机：18123972950
QQ：2880195519
接洽地点：深圳市福田区车公庙天安数码城天吉大厦CD座5C1
请搜微信公家号:“KIA半导体”或扫一扫下图“存眷”官方微信公家号
请“存眷”官方微信公家号:供给 MOS管 手艺赞助
