開關電源MOS有哪些損耗


原標題:開關電源MOS有哪些損耗
開關電源中的MOS管(通常是MOSFET)在工作過程中會產生多種損耗。這些損耗主要包括以下幾個方面:
一、導通損耗(Conduction Loss)
導通損耗是指在MOS管完全導通狀態(tài)下,由于電流通過其導通通道時產生的熱量損耗。這主要是由于MOS管的導通電阻(RDS(on))不為零,當負載電流通過時,會在RDS(on)上產生壓降,進而形成損耗。導通損耗的計算公式為:
Pon=IDS(on)rms2×RDS(on)×K×Don
其中,IDS(on)rms是負載電流的有效值,RDS(on)是導通電阻,K是溫度系數(shù),Don是占空比。
二、截止損耗(Off-State Loss)
截止損耗是指在MOS管完全截止后,由于漏源電壓(VDS(off))作用下產生的漏電流(IDSS)造成的損耗。雖然漏電流相對較小,但在高電壓應力下,其產生的損耗也不容忽視。截止損耗的計算公式為:
Poff=VDS(off)×IDSS×(1?Don)
三、開關損耗(Switching Loss)
開關損耗包括開通損耗(Turn-on Loss)和關斷損耗(Turn-off Loss)。這是由于MOS管在開通和關斷過程中,電壓和電流有一個交疊區(qū),會產生損耗。
開通損耗:是指非理想的開關管在開通時,開關管的電壓不是立即下降到零,而是有一個下降時間,同時它的電流也不是立即上升到負載電流,也有一個上升時間。在這段時間內,開關管的電流和電壓有一個交疊區(qū),會產生損耗。
關斷損耗:與開通損耗類似,關斷損耗是指在MOS管從導通狀態(tài)向截止狀態(tài)轉變的過程中,漏源電壓逐漸上升與負載電流逐漸下降之間的交叉重疊部分造成的損耗。
四、驅動損耗(Gate Drive Loss)
驅動損耗是指柵極接受驅動電源進行驅動時產生的損耗。這主要是由于柵極電容的充放電過程中需要消耗能量。驅動損耗的計算公式為:
Pgs=Vgs×Qg×fs
其中,Vgs是驅動電壓,Qg是柵極總驅動電量,fs是開關頻率。
五、Coss電容的泄放損耗(Coss Discharge Loss)
Coss電容是MOS管的輸出電容,在截止期間會儲蓄電場能,在導通期間這些能量會在漏源極上泄放,從而產生損耗。這部分損耗的計算需要考慮Coss電容的充放電過程。計算公式為:
Pds=1/2×VDS(off_end)2×Coss×fs
其中,Coss為MOSFET輸出電容,VDS(off_end)為開啟時刻前的漏源電壓。
六、體內寄生二極管損耗
MOS管內部存在寄生二極管,這些二極管在特定條件下(如同步整流應用)會承載正向或反向電流,從而產生正向導通損耗或反向恢復損耗。計算公式為:
Pd_f=IF×VDF×tx×fs
其中,IF為二極管承載的電流量,VDF為二極管正向導通壓降,tx為一周期內二極管承載電流的時間,fs為開關頻率。
綜上所述,開關電源MOS管的損耗主要包括導通損耗、截止損耗、開關損耗、驅動損耗、Coss電容的泄放損耗以及體內寄生二極管損耗等。在實際應用中,需要綜合考慮這些損耗因素,通過優(yōu)化MOS管的結構和材料、改進驅動電路和散熱設計、精確控制占空比和工作頻率等措施來降低MOS管的損耗,提高開關電源的效率。
責任編輯:David
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