PWM开关电源内部的主要损耗

carychen Post at 2006/3/14 9:39:00

开关电源内部的损耗大至可分为四个方面:开关损耗、导通损耗、附加损耗、和电阻损耗。这些损耗通常会在有损元器件中同时出现,下面将分别讨论
与功率开关有关的损耗:
功率开关损耗基本上可以分为两部分:导通损耗和开关损耗。导通损耗是当功率器件已被开通,且驱动和开关波形已经稳定以后,功率开关处于导通状态时的损耗;开关损耗是出现在功率开关被驱动,进入一个新的工作状态,驱动和开关波形处于过度过程时的损耗,这个阶段和波形见图1-1。
 
图(1-1)
导通损耗可由开关两端的电压和电流波形积测得。这些波形都近似线性,导通期间的功率损耗由式(1-1)给出。
                     PD(CONDUCT) = Vsat * Iszt                                    (1-1)
        如果使用的功率开关器件为MOSFET,那么导通期间的功率损耗如(1-2)式:
                     PD(CONDUCT) = ID2 * R(DS)on                                (1-2)
        在BUCK回路中,导通期间的功率损耗如(1-3)式:
                     PD(CONDUCT) = ID2 * R(DS)on*D                              (1-3)
                     式(1-3)中,D=VOUT / VIN (为BUCK回路的导通DUTY)

电源开关转换期间的开关损耗就更复杂,与损耗有关的波形只能通过电压探头接在漏源极(集射极)端的示波器观察得到,交流电流探头可测量漏极或集电极的电流。一旦得到了好的波形,就可用简单的三角形和矩形分段求和的方法,粗略算出这两条曲线所包围的面积,例如图(1-1)的开通损耗可用式(1-4)计算:
            PD(Turn-on) = Fsw {V1/2(I1+(I2-I1)/2)}Tturm-on                            (1-4)
这个结果只是功率开关开通期间的损耗值,再加上导通损耗和关断损耗就可以得到开关周期内的总损耗。
与输出整流器的关的损耗:
整流器的损耗也可以分成三个部分:开通损耗、导通损耗、关断损耗。
整流器的导通损耗就是在整流器导通并且电流电压波形稳定时的损耗。开通和关断的损耗计算方式同(1-4)。
附加损耗:
功率MOSFET驱动效率比三极管要高,MOS栅极有两个与漏源极相接的等效电容,即栅源电容CISS和漏源电容CRSS。MOS栅极驱动的损耗来自于开通MOS时辅助电压对栅极电容的充电,关断MOS时又对地放电。栅极驱动损耗计算由式(1-5)给出:
                PD(GATE)=0.5FSW(CISSVDRIVE2+CRSSVD2)                          (1-5)
        对于这个损耗,除了选择CISS和CRSS值较低的MOSFET,没有太多的办法。

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