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DC/DC

損耗探討

同步整流降壓轉換器死區時間的損耗

上一篇文章中介紹了同步整流降壓轉換器的開關節點產生的開關損耗。本文將探討開關節產生的死區時間損耗。

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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

死區時間損耗

死區時間損耗是指在死區時間中因低側開關(MOSFET)體二極體的正向電壓和負載電流而產生的損耗。在這裡使用Pdead_time這個符號來表示。

同步整流方式是高側開關和低側開關交替ON/OFF。理想的開關狀態是兩邊的開關不會同時ON或同時OFF。然而在實際運行過程中這種理想狀態是很難的,而且,為了安全運行還特意設定了兩邊開關同時OFF的期間。將這個期間稱為“死區時間”。這裡提到“為了安全運行”是因為如果兩邊的開關同時ON的話,通常會有被稱為“直通電流”、“Shoot Through”、“Flow-through Current”等的電流通過高側開關和低側開關從VIN流向GND。很容易想像,這與VIN和GND短路的狀態幾乎相同,大電流流過,開關MOSFET可能損壞。為了避免這種情況,會在同步整流式DC/DC轉換IC中配置一種控制電路,使兩邊的開關不同時導通(ON),即兩邊先關斷(OFF)之後相應的開關導通。

下面再回到死區時間的話題。在死區時間內,兩邊的開關是OFF的,所以無論從哪邊開關到輸出端應該都不會有電流流過。然而,實際的開關是MOSFET,MOSFET中有被稱為“本體二極體”的寄生二極體。下圖中連接在MOSFET漏源極之間的二極體就是本體二極體。

兩邊的開關為OFF狀態時,低側MOSFET的體二極體相對於負載電流是正向的,電流通過這個本體二極體流向負載。該損耗=Pdead_time可利用下列公式計算出來。

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從公式中可以看出,無論哪項越小損耗都會越少。IC的死區時間控制是設定為確保安全、損耗最小的時間。

下一篇文章將介紹IC的控制電路損耗。

重點:

・死區時間損耗是指在死區時間中因低側開關(MOSFET)本體二極體的正向電壓和負載電流而產生的損耗。

・死區時間是為了防止同步開關的直通電流而專門設置的。


開關調節器的特性及驗證方法