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開關電源MOS開關損耗推導過程詳解

發布時間：2021-03-12 責任編輯：lina

【導讀】電源工程師們都知道開關MOS在整個電源係統裏麵的損耗占比是不小的，開關mos的de的de損sun耗hao我wo們men談tan及ji最zui多duo的de就jiu是shi開kai通tong損sun耗hao和he關guan斷duan損sun耗hao，由you於yu這zhe兩liang個ge損sun耗hao不bu像xiang導dao通tong損sun耗hao或huo驅qu動dong損sun耗hao一yi樣yang那na麼me直zhi觀guan，所suo以yi有you部bu分fen人ren對dui於yu它ta計ji算suan還hai有you些xie迷mi茫mang。

電源工程師們都知道開關MOS在整個電源係統裏麵的損耗占比是不小的，開關mos的de的de損sun耗hao我wo們men談tan及ji最zui多duo的de就jiu是shi開kai通tong損sun耗hao和he關guan斷duan損sun耗hao，由you於yu這zhe兩liang個ge損sun耗hao不bu像xiang導dao通tong損sun耗hao或huo驅qu動dong損sun耗hao一yi樣yang那na麼me直zhi觀guan，所suo以yi有you部bu分fen人ren對dui於yu它ta計ji算suan還hai有you些xie迷mi茫mang。

我們今天以反激CCM模式的開通損耗和關斷損耗來把公式推導一番，希望能夠給各位有所啟發。

我(wo)們(men)知(zhi)道(dao)這(zhe)個(ge)損(sun)耗(hao)是(shi)由(you)於(yu)開(kai)通(tong)或(huo)者(zhe)關(guan)斷(duan)的(de)那(na)一(yi)個(ge)極(ji)短(duan)的(de)時(shi)刻(ke)有(you)電(dian)壓(ya)和(he)電(dian)流(liu)的(de)交(jiao)叉(cha)而(er)引(yin)起(qi)的(de)交(jiao)越(yue)損(sun)耗(hao)，所(suo)以(yi)我(wo)們(men)先(xian)得(de)把(ba)交(jiao)越(yue)波(bo)形(xing)得(de)畫(hua)出(chu)來(lai)，然(ran)後(hou)根(gen)據(ju)波(bo)形(xing)來(lai)一(yi)步(bu)步(bu)推(tui)導(dao)它(ta)的(de)計(ji)算(suan)公(gong)式(shi)。

我們一起來看圖

下圖為電流與電壓在開關時交疊的過程，這個圖中描述的是其實是最惡劣的情況，開通時等mos管電流上升到I1之後mos管電壓才開始下降，關斷時等mos管電壓上升到Vds後mos管電流才開始下降。

最惡劣的情況分析：

mos管開通過程

階段一：電壓不變電流上升（電壓為Vds不變，電流由0上升到Ip1）

mos開通瞬間，電流從零快速開始上升到Ip1，此過程MOS的DS電壓不變為Vds；

階段二：電流不變電壓下降（電流為Ip1不變，電壓由Vds下降到0）

電流上升到Ip1後，此時電流的上升斜率（Ip1-Ip2段）相對0-Ip1這一瞬間是非常緩慢的，我們可以近似把上升到Ip1之後繼續上升的斜率認為是0，把電流基本認為是Ip1不變，此時MOS管的DS電壓開始快速下降到0V。

mos管關斷過程

階段一：電流不變電壓上升（電流為Ip2不變，電壓由0上升到Vds）

電壓從0快速開始上升到最高電壓Vds，與開通同理此過程MOS的電流基本不變為Ip2；

階段二：電壓不變電流下降（點壓為Vds不變，電流由Ip2下降到0）

電壓此時為Vds不變，電流迅速從Ip2以很大的下降斜率降到0。

shangmianduizuieliedekaiguanqingkuangzuolefenxi，danshiwogenjugerendejingyanzhezhishiyichangwuhui，benrenmeifaxianyouzhezhongqingkuang，suoyiwoyibanbuyongzhezhongqingkuanglaijisuankaiguansunhao。

由於本人不用，所以對上述情況不做詳細推導，下麵直接給出最惡劣的情況的開通關斷損耗的計算公式

至於關斷和開通的交越時間t下麵會給出估算過程。個人認為更符合實際情況的分析與推導

請看圖

這種情況跟上一種情況的不同之處就在於：

開通時：電流0-Ip1上升的過程與電壓Vds-0下降的過程同時發生。

關段時：電壓0-Vds的上升過程與電流從Ip2-0的下降過程同時發生。

開通時的損耗推導

我們先把開通交越時間定位t1。

我們大致看上去用平均法來計算好像直接可以看出來，Ip1/2 × Vds/2 *t1*fs，實際上這是不對的，這個過程實際上準確的計算是，在時間t內每一個瞬時的都對應一個功率，然後把這段時間內所有的瞬時功率累加然後再除以開關周期T或者乘以開關頻率fs。好了，思想有了就隻剩下數學問題了，我們一起來看下。