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开关电源MOS有哪些损耗

来源: elecfans
2021-03-11
类别:基础知识
eye 11
文章创建人 拍明

原标题:开关电源MOS有哪些损耗

开关电源中的MOS管(通常是MOSFET)在工作过程中会产生多种损耗。这些损耗主要包括以下几个方面:

一、导通损耗(Conduction Loss)

导通损耗是指在MOS管完全导通状态下,由于电流通过其导通通道时产生的热量损耗。这主要是由于MOS管的导通电阻(RDS(on))不为零,当负载电流通过时,会在RDS(on)上产生压降,进而形成损耗。导通损耗的计算公式为:

Pon=IDS(on)rms2×RDS(on)×K×Don

其中,IDS(on)rms是负载电流的有效值,RDS(on)是导通电阻,K是温度系数,Don是占空比。

二、截止损耗(Off-State Loss)

截止损耗是指在MOS管完全截止后,由于漏源电压(VDS(off))作用下产生的漏电流(IDSS)造成的损耗。虽然漏电流相对较小,但在高电压应力下,其产生的损耗也不容忽视。截止损耗的计算公式为:

Poff=VDS(off)×IDSS×(1−Don)

三、开关损耗(Switching Loss)

开关损耗包括开通损耗(Turn-on Loss)和关断损耗(Turn-off Loss)。这是由于MOS管在开通和关断过程中,电压和电流有一个交叠区,会产生损耗。

  1. 开通损耗:是指非理想的开关管在开通时,开关管的电压不是立即下降到零,而是有一个下降时间,同时它的电流也不是立即上升到负载电流,也有一个上升时间。在这段时间内,开关管的电流和电压有一个交叠区,会产生损耗。

  2. 关断损耗:与开通损耗类似,关断损耗是指在MOS管从导通状态向截止状态转变的过程中,漏源电压逐渐上升与负载电流逐渐下降之间的交叉重叠部分造成的损耗。

image.png

四、驱动损耗(Gate Drive Loss)

驱动损耗是指栅极接受驱动电源进行驱动时产生的损耗。这主要是由于栅极电容的充放电过程中需要消耗能量。驱动损耗的计算公式为:

Pgs=Vgs×Qg×fs

其中,Vgs是驱动电压,Qg是栅极总驱动电量,fs是开关频率。

五、Coss电容的泄放损耗(Coss Discharge Loss)

Coss电容是MOS管的输出电容,在截止期间会储蓄电场能,在导通期间这些能量会在漏源极上泄放,从而产生损耗。这部分损耗的计算需要考虑Coss电容的充放电过程。计算公式为:

Pds=1/2×VDS(off_end)2×Coss×fs

其中,Coss为MOSFET输出电容,VDS(off_end)为开启时刻前的漏源电压。

六、体内寄生二极管损耗

MOS管内部存在寄生二极管,这些二极管在特定条件下(如同步整流应用)会承载正向或反向电流,从而产生正向导通损耗或反向恢复损耗。计算公式为:

Pd_f=IF×VDF×tx×fs

其中,IF为二极管承载的电流量,VDF为二极管正向导通压降,tx为一周期内二极管承载电流的时间,fs为开关频率。

综上所述,开关电源MOS管的损耗主要包括导通损耗、截止损耗、开关损耗、驱动损耗、Coss电容的泄放损耗以及体内寄生二极管损耗等。在实际应用中,需要综合考虑这些损耗因素,通过优化MOS管的结构和材料、改进驱动电路和散热设计、精确控制占空比和工作频率等措施来降低MOS管的损耗,提高开关电源的效率。


责任编辑:David

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标签: 开关电源 MOS MOSFET

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