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DC/DC

損耗探討

同步整流降壓轉換器的傳導損耗

在上一篇文章中,我們瞭解了同步整流降壓轉換器的損耗發生位置,並介紹了轉換器整體的損耗是各部位的損耗之和。從本文開始將探討各部位的損耗計算方法。本文介紹功率開關–輸出端MOSFET的傳導損耗。

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  • PONH:高側MOSFET導通時的導通電阻帶來的
    傳導損耗
  • PONL:低側MOSFET導通時的導通電阻帶來的
    傳導損耗
  • PSWH:開關損耗
  • Pdead_time:死區時間損耗
  • PIC:IC自身功率損耗
  • PGATE:閘極電荷損耗
  • PCOIL:電感的DCR帶來的傳導損耗

輸出端MOSFET的傳導損耗

輸出端MOSFET的傳導損耗是高側和低側MOSFET導通時的導通電阻(RDS(ON))帶來的,也稱為“導通損耗”。在這裡使用以下符號來表示。

 PONH:高側MOSFET導通時的導通電阻帶來的傳導損耗
 PONL:低側MOSFET導通時的導通電阻帶來的傳導損耗

導通電阻是表示MOSFET特性的重要參數之一,並且MOSFET一定存在導通電阻。因此顯而易見,具有電阻的導體中會有電流流過,而這部分會產生損耗。

下面來求MOSFET的傳導損耗。下面電路圖中的IONH(紅色)表示高側MOSFET導通時的電流。IONL(藍色)為低側MOSFET導通時的電流。波形圖中的LX是開關節點的電壓波形,IONH和IONL是伴隨著開關的各電流波形,IL是電感電流,這是一個標準型範例。

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在同步整流中,高側開關導通時低側開關會關斷,低側導通時高側會關斷。開關節點波形的紅色部分表示流過IONH,藍色部分表示流過IONL。也就是說,這期間流過MOSFET的電流和MOSFET的導通電阻帶來的功率損耗成為各自的傳導損耗。以下為計算公式示例。

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可以看出,結果是根據歐姆定律,I2、R乘以導通期間後的值。電流模型使用了平均電流Io。

順便提一下,在二極體整流(非同步整流)的情況下,同步整流的低側MOSFET僅成為二極體,因此可以用同樣的思路來求損耗。二極體中沒有“導通電阻”這個參數,因此根據正向電壓Vf計算。在這裡由於電壓(Vf)是已知的,因此可以通過V、I來計算。另外,當開關為雙載子電晶體時,也可以按照和二極體相同的思路根據VCE來計算。

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在實際的計算中重要的是:導通電阻的值根據Io值中的導通電阻來計算。一般情況下在MOSFET的技術規格書中會給出導通電阻RDS(ON)和IDS的曲線圖,可以利用這些資料。二極體的Vf和雙載子電晶體的VCE也同樣可以使用技術規格書中給出的資料。

下一篇文章中將探討開關損耗。

重點:

・同步整流降壓轉換器MOSFET的傳導損耗根據導通電阻和導通時的電流及導通期間來計算。


開關調節器的特性及驗證方法