MOS管常识-MOS管开关消耗和导通消耗阐发

人们对开关电源的请求愈来愈高，请求开关电源的体积愈来愈小，这也象征着开关频次愈来愈高。跟着开关频次的进步，降落变更器的开关消耗也变得极为首要。开关频次越高，每秒钟开关管转变状况的次数就越多，开关消耗也就越大。此次就来弄清晰在每次开关转换进程中所产生事务的根基时序。

一、开关消耗

(一)阻性负载时的开关转换进程：

图中作为抱负的N沟道MOS会商：其特征以下：

1、当Vgs=0时MOS管完整关断；当Vgs高于参考地时，起头导通。

2、漏极电流与栅极电压之比界说为MOS的跨导g，以欧姆（ohm）为单元，便是欧姆的反写。

3、图中假定MOS的跨导g为常数，即是1;

为了便于描写，付与输出电压Vin=10V,内部电阻R=1ohm,栅极电压随时候线性增添时，即t=1s,2s,3s时，Vgs=1V,2V,3V。

阐发进程以下：

(1).当t=0s时，Vgs=0V,MOS管封闭，Id=0A,MOS管漏极电压Vd=10V;

(2).当t=1s时，Vgs=1V,由跨导方程可得Id=1A,则在1ohm电阻上的压降为1V，MOS管漏极电压Vd=10V-1V=9V；

(3).当t=2s时,Vgs=2V, 由跨导方程可得Id=2A,则在1ohm电阻上的压降为2V，MOS管漏极电压Vd=10V-2V=8V；

栅极电压随时候线性增添到10s时，Vgs=10V,Id=10A,MOS管完整导通即Vd=0V.

则MOS管从封闭到导通的穿插时候tcross=10s,同时，漏极电流和漏极电压他们是随时候一向在线性变更的。

在转换进程中，MOS管的消耗，可经由进程计较t=1,2,3,4…秒时的刹时穿插乘积Vds(t)*Id(t).如果将这些点连成线，能够获得以下所示的钟型曲线。是以，求解穿插消耗便是计较该曲线下方的净面积。须要用到积分的体例去计较，经由进程求解穿插乘积对时候的积分，则阻性负载开关管导通转换进程中消耗为：E=1/6*Vin*Idmax*tcross（J）。

那末MOS管关断转换进程中所产生的消耗与导通转换进程中产生的消耗是一样的，虽然关断转换中电压是回升，电流降落。以是每一个周期都有导通和关断的转换进程。

当以fswHz的频次反复开关管的开关进程，则单元时候内以热情势消耗的总消耗。即是：Psw=1/3*Vin*Idmax*tcross*fsw (W)

（二）理性负载时的开关转换进程

当切换到理性负载时，须要斟酌到电感的特征。当电流变更时，电压坚持稳定；而当电压变更时，电流坚持稳定。以是计较下图理性负载时的穿插消耗能够有更简略的体例。由于当一个参数(V 或I)变更，别的一个参数稳定，则可用均匀电流Idmax/2和均匀电压Vin/2计较均匀乘积。则可得出导通转换时的开关消耗为：

E=(Vin/2*Idmax*tcross/2)+(Vin*Idmax/2*tcross/2)=1/2*Vin*Idmax*tcross

以是，以fswHz的频次反复开关管的开关进程（导通和关断行动）所产生的总消耗为：

Psw= Vin*Idmax*tcross*fsw (W)

二、导通消耗

开关管导通时，开关管压降在很多环境是弘远于零的。导通时有较着的V*I消耗，这类特别的消耗便是导通消耗Pcond.它与穿插消耗相称，乃至更大。

与穿插消耗差别，导通消耗与频次有关。它取决于占空比，而不是频次。比方，假定占空比为0.6，那末在1s的丈量时候距离内，开关管处于导通状况的净时候为0.6s。是以，在这类环境下，导通消耗即是a*0.6,a是肆意的比例常数。如果把频次更加，则1s内导通状况的净时候以为0.6s，则导通消耗依然为a*0.6。但如果把占空比由0.6变为0.4，则导通消耗削减至a*0.4.以是，导通消耗是取决于占空比，而非频次。

以是，MOS管导通消耗的简略方程以下：Pcond=Irms^2*Rds (W)  Rds是MOS导通内阻。

以是，削减导通消耗最较着的体例是降落二极管和开关管的正向压降。要操纵低正向压降的二极管，如肖特基二极管。同理，要操纵低导通阻抗Rds的MOS管。但必须折衷斟酌。削减MOS管的Rds时，其开关速度也会遭到负面影响。

削减MOS管消耗的体例

减小开关消耗一方面要尽能够地制作出具有抱负开关特征的器件,另外一方面操纵新的线路手艺转变器件开关期间的波形,如:晶体管缓冲电路,谐振电路,和软开关手艺等。

1)晶体管缓冲电路(即加接收收集手艺)

初期电源多接纳此线路手艺。接纳此电路, 功率消耗虽有所减小,但仍不是很抱负。

①削减导通消耗在变压器次级线圈前面加饱和电感, 加反向规复时候快的二极管,操纵饱和电感障碍电流变更的特征, 限定电流回升的速度,使电流与电压的波形尽能够小地堆叠。

②削减停止消耗加R 、C 接收收集, 推延变压器反激电压产生时候, 最好在电流为0时产生反激电压,此时功率消耗为0。该电路操纵电容上电压不能渐变的特征,推延反激电压产生时候。

为了增添靠得住性,也可在功率管上加R 、C 。可是此电路有较着错误谬误:由于电阻的存在,致使接收收集有消耗 。

(2)谐振电路

该电路只转变开关刹时电流波形,不转变导通时电流波形。只需挑选好适合的L 、C ,连系二极管结电容和变压器漏感, 就能够保障电压为0时,开关管导通或停止。是以, 接纳谐振手艺能够使开关消耗很小。以是, SWITCHTEC 电源开关频次能够做到术布局380kHz的高频次。

(3)软开关手艺

该电路是在全桥逆变电路中加入电容和二极管。二极管在开关管导通时起钳位感化, 并组成泻放回路, 泻放电流。电容在反激电压感化下, 电容被充电, 电压不能俄然增添, 当电压比拟大的时侯, 电流已为0。

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