MOSFET损耗计算
MOSFET在开关过程中,会产生一定的损耗,主要包括以下几部分:
开通损耗
开通过程中的电压、电流和功耗波形近似如下:
Pswitch-on = 1/2* VDSiD*(t2-t0)*f
导通损耗
Pon=Id2 * Rds(on)*Ton*f
其中:
Rds(on) :实际结温下的导通电阻,可以通过查阅datasheet中的相关曲线获得;
Id :导通时的电流有效值; Ton :一个周期内的导通时间; f:开关频率。
D:占空比,D=Ton*f。
根据电流的工作模式可以分为下面3种: 电流模式 波形 计算公式 常值 0 id Pon=Rds(on)*id2 *D ton ipeak Pon=1/3* Rds(on)*ipeak2 *D 电流不连续 0 ton ipeak2 电流连续 Pon=1/3*Rds(on)*[ipeak12+ ipeak1* ipeak1 0 ipeak2+ ipeak2 2 ]*D ton 关断损耗
关断过程中的电压、电流和功耗波形近似如下:
Pswitch-off = 1/2* VDSiD*(t5-t3)*f
截止损耗
Poff=VDS*IDSS*toff*f
其中:
VDS :截止时的D-S间的电压
IDSS :截止时的实际结温下的漏电流
toff:一个周期内的截止时间
除了以上4种损耗外,门极驱动和输出电容也会消耗一定的功耗。
门极损耗
Pgate=QG*Vgs* f*RG/(RG+Rdrive)
其中:
QG :门极充电总电荷
RG :MOSFET内部门极寄生输入电阻 Rdrive :外接的门极驱动电阻
输出电容损耗
Pcoss = 1/2*Co(er)*VDS*f 其中:
Co(er) :等效输出电容(能量一定); VDS :截止时的D-S间的电压
此损耗一般在开关频率较高、硬开关工作时的幅值较高,需要考虑。
有时候MOSFET的内部反并寄生二极管会流过电流,也会产生一定的功耗,寄生二极管的功耗Pdiode计算可以参考二极管的功耗计算方法。
综上,MOSFET的总损耗如下:
Ptotal = Pswitch-on + Pon + Pswitch-off + Poff + Pgate + Pcoss +Pdiode,
说明:
(1)Poff、Pgate、Pcoss这3个损耗在总的损耗中占的比重很小,设计时不用重点考虑; (2)由于电路拓扑、软开关技术、负载、开关频率的不同,Pswitch-on和 Pswitch-off在总损耗中占的比重不同。
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