【电子分享】开关电源IC耗散功率计较-KIA MOS管

良多时辰，挑选了一个DC-DC电源的节制芯片，有些人感受开关电源的效力很高，不再取斟酌芯片的耗散功率的题目，这些偶然辰利用进程中发明，开关电源的节制IC很烫，感受不可懂得，怎样感受想LDO一样发烫呢？

缘由常常是由于开关电源的节制IC也是存在耗散功率的，只是这个功率很小，不轻易引发工程师的注重，以是在挑选IC的时辰，也不斟酌IC的封装，乃至IC的热阻也不存眷，以是在电源带载较重的环境或输入输入电压相差较大环境下，IC的耗散功率加大，从而引发了发烧题目。

DC-DC的电源芯片首要存在两种耗散功率，第一种是开关消耗，第二种是传导消耗。

一、开关消耗

开关消耗，指的是在芯片外部，上臂的MOS管或下臂管的MOS管再翻开和封闭的器件发生的功耗。如图一的显现两种开关电源节制芯片外部架构，以BUCK的体例为例。

图一 TI的LM25017和ETA的2842开关电源芯片表示图

能够看到，节制SW输入的存在上和下，两个MOS管，上边咱们俗称上臂的MOS，下边的俗称下臂的MOS。LM25017的是一个同步整流的开关电源芯片，若是长短同步的，那末下臂的MOS管会由一个续流的二极管取代。

同步整流的IC，效力会高，可是价钱会贵。ETA的2842的芯片就长短同步的IC，能够看到，外部是加了一个二极管。

那末假定计较LM25017的开关消耗，咱们若何停止呢？

第一步，获得IC中的开关频次和上臂、下臂的MOS翻开和封闭时辰。

IC的开关频次，普通都是肯定的，手册普通会给出，LM25017是1Mhz。翻开和封闭时辰这个普通在手册中也会有。见图二，TI LM25017的手册对MOS翻开和封闭时辰计较。

图二 MOS管翻开和封闭时辰

能够看到，Vin对应差别的Vgs，会影响翻开时辰，封闭时辰只统计了一个，应当是Vgs对封闭时辰影响不大。那末根据你实际利用的Vin环境，获得一个翻开时辰。咱们取Vin=32V，Ton取典范值，Ton=350ns。

另有一种环境，IC的厂商很LOW，这个翻开和封闭时辰，不给出来，那怎样办。能够如许预算，根据IC的外部调剂PWM的开关频次的时辰，管子的翻开和封闭时辰取这个频次时辰的1/6或1/8.比方IC的开关频次是1Mhz,那末不论你占空比几多，它一个开关周期的时辰便是1us。那末咱们取翻开和封闭时辰是周期时辰的1/8，那便是125ns，1/6便是161ns。

第二步，计较翻开和封闭时辰的峰值电流Ipeak。这个数据计较略微庞杂，咱们渐渐来。

Ipeak=Iout+△IL÷2，此中Iout便是你实际输入到负载的电流。

△I指的是在电感L中的开关电流，除以2是由于，△IL是峰峰值，普通取均匀值做有效值处置。

由于IL的电流旌旗灯号在电感表现是回升和降落进程，可是不论是回升时辰和降落时辰是几多，总要回到本来的均衡点，不会超一个标的目的走，由于如许不能到达均衡，比方你老是往上走，那末颠末屡次充电和放电，电流IL冲要破天了？这不能够，以是他是在一个均衡点上充放电。

见图三，电感电流IL1和SW的波形。

图三 LM25017测试的IL1和SW波形

以是，你能够实际丈量电感的电流Ipeak的值是几多。可是良多时辰，咱们还不用这个芯片，怎样取丈量这个Ipeak，每次都跟供给商拿DOMO板也是不实际的。以是能够根据必然的设想来停止计较。这个有一点庞杂，请耐烦看完。

公式：

不过这存在一个题目，是咱们的L1，电感的值都不肯定，以是也底子没法肯定△IL。并且良多时辰，电感的取值都是先假定△IL是0.3倍的Iout。

以是就假定△IL是咱们以为的0.3倍的△IL，如许假定是以为咱们核心的电流设想是能知足请求，比方Cout，L的电感量等。

以是在这根本上，计较出L的值是几多。这时辰辰咱们再把△IL缩小到0.5倍的Iout，即△IL=0.5Iout。以是Ipeak=Iout+0.25Iout。

第三步，计较再MOS翻开和封闭进程的等效Vds和Ids。由于MOS从不翻开到完整翻开，Vds是变更的，从最起头的Vin到最初的靠近0V，Ids也从0A到输入的Ipeak。

那末这里会存在曲线的干系，首要是根据MOS的V-I曲线，也便是伏安曲线决议的，差别时辰下，Vds和Ids的干系。这里会存在两个积分，一个是对Vds的积分，另有一个是对Ids的积分，以是比拟庞杂。

由于MOS存在计生电容，等效的内阻，还存在死区时代，以是良多阐发和计较，电容充电时辰等。比方下面图四的等效环境。

图四 MOS管寄生参数等效图

这里就不去牵涉良多阐发，告知一个经历的值，便是用都取1/2*D来停止等效计较，D是占空比。BUCK 电路中，D=Vout/Vint。

那末能够计较翻开和封闭的耗散功率。一个周期中上臂MOS管翻开的耗散功率为：Pon=1/2*D*U*I*t=Vin*Ipeak*Ton/Fsw。下臂MOS管翻开的耗散功率为Poff=1/2*D*U*I*t=Vin*Ipeak*Toff/Fsw。Fsw便是IC开关的频次。

如许，咱们获得了翻开和封闭时IC的耗散功率。若是长短同步的IC，那末Poff的功率就不须要计较，由于这局部功率消耗再续流的二极管下面，跟IC是不干系的。

根据下面计较的体例已包含这局部的功耗，由于厂家给的翻开和封闭时辰是斟酌了这个死区和充电时辰的。

二、传导消耗

开关消耗计较终了，那末接上去计较传导消耗。这个传导消耗就很好计较了。

再MOS管翻开的时辰，内阻便是Rds的阻值，这个芯片的手册城市给出来详细的值。如图5 TI 给出LM25017中MOS的Rds的值。

图五 LM25017 MOS中Rds的值

能够看到，MOS的RDS的是0.8欧姆的典范值，真的挺大的。有一些IC还会详细给出上臂和下臂的MOS的Rds。并且须要注重的是，Rds是会随温度，Vgs变更的，普通来讲，温度越高，Rds越大，Vgs越大，Rds越小。以是IC若是发烧，不到达热均衡，跟着Rds的增大，电流稳定环境下，温度还持续回升，想一想是否是IC会很烫？

传导消耗就能够计较出来了，P=I*I*Rds。两个管子别离计较Pon=Ipeak*Ipeak*0.8。Poff=Ipeak*Ipeak*0.8。本身再跟进Rds随温度和Vgs变更曲线，取适合的值。

最初，IC的耗散功率P=P1（开关消耗）+P2（传导消耗）。如许如评价IC的发烧水平和耗散功率环境。如LM25017，Vin=24V,Vout=5V，Fsw是1Mhz，输入Iout=1A，Rds是0.8欧姆，Ipeak是1.25A，D=(Vout/V int)。

那末开关消耗P1=Pon+Poff,Pon=Poff=D*D*1/2*1/2*24V*1.25A*350ns/1us=0.114W，P1=0.114W,传导消耗P2=1.25W+1.25=2.5W，P=P1+P2=2.614W.能够看到计较上去的耗散功率仍是很大的。

LM25017不给详细的耗散功率巨细，咱们能够经由过程结温来停止评价。规格书上结温最大能蒙受125℃，并且热阻（外壳对氛围）是41℃/W，那末在2.614W的耗散功率下，结温T=25℃+41℃/W*2.614W=132.174℃.

能够看到，温度是超标的，申明这个仅仅是氛围散热将会有题目，若是利用，须要注重散热。耗散功率，芯片Rds太大了，以是致使传导消耗过大。

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