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【原创】MOS管的开关损耗分析-反激案例

  • 2011-11-01 11:50
  • cheng111

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  • 开关电源中的损耗很多,而对开关损耗的过程十分不解。经过一段时间的学习,小有心得。得此和大家分享。

    开关损耗,下面以MOS管为例。开关电源有三种模式CCM\DCM\BRM。

    CCM开关损耗有两部分:导通和关断过程中的损耗。而DCM、BRM只有关断损耗(关断过程中的损耗)。

     

    此贴MOS管的开关损耗-反激式分析 

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  • wanwehua

    LV.1

    2011-11-01 11:51

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  • cheng111

    LV.1

    2011-11-01 11:54

    @

    1.先计算导通转换过程中的损耗

     

    CCM模式下,开关的导通时的电流电压波形如 1所示。

     

    1  电压和电流波形

    根据数据给出的原理:当MOS管接感性负载时,当电流变化时,电压保持不变;当电压变化时,电流保持不变。所以可以利用电流的平均值、电压的平均值来计算MOS管的导通转换过程中的损耗平均值,可得开关导通转换过程中的损耗为:

     
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  • cheng111

    LV.1

    2011-11-01 11:57

    @cheng111

    1.先计算导通转换过程中的损耗

     

    CCM模式下,开关的导通时的电流电压波形如 1所示。

     

    1  电压和电流波形

    根据数据给出的原理:当MOS管接感性负载时,当电流变化时,电压保持不变;当电压变化时,电流保持不变。所以可以利用电流的平均值、电压的平均值来计算MOS管的导通转换过程中的损耗平均值,可得开关导通转换过程中的损耗为:

     

    下面以反激式为例进行公示推倒。

    1.1.1    CCM下反激式开关电源损耗公式

    1.         I4电流的确定

    先让我们回顾一下CCM模式下输入电感的电流波形,如 2所示。

     

    2  CCM模式电流波形

    2可知:I2MOS管导通时的电流,I3MOS管的最大电流。众所周知,反激式开关电源导通的转换时间是纳秒级的,而导通时间是微秒级的,所以开关导通转换过程中的损耗公式中的I4=I2

    1.         Vds电压的确定

    反激电路框图如 3所示。

     

    3  反激框图

    在确定Vds电压之前,需要确定几点原则:(1)变压器中有能量时,输入绕组、输出绕组至少有一个有电流流过或者两个都有(电流是变压器有能量的表现);(2)输出二极管导通是需要电压的,也就是输出绕组的电压必须上升到Vo+Vf;(3)电感电流不能突变。

    由于电感电流不能突变,输出绕组必须维持D1导通的电压来使电流迅速下降,然后才是输出绕组电压方向。所以导通转换过程中Vds=Vin+VorCCM模式下,反激电源中MOS管导通时的开关损耗公式为:

     

    Vor为初级绕组上的反射电压。

     

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  • lxgmvp

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    2011-11-01 12:00

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    支持,占位!

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  • zvszcs

    LV.1

    2011-11-01 12:31

    @lxgmvp

    支持,占位!

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  • zouliquan

    LV.1

    2011-11-01 12:53

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    期待着楼主的大作
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  • 世界真奇妙

    LV.1

    2011-11-01 13:02

    @cheng111

    1.先计算导通转换过程中的损耗

     

    CCM模式下,开关的导通时的电流电压波形如 1所示。

     

    1  电压和电流波形

    根据数据给出的原理:当MOS管接感性负载时,当电流变化时,电压保持不变;当电压变化时,电流保持不变。所以可以利用电流的平均值、电压的平均值来计算MOS管的导通转换过程中的损耗平均值,可得开关导通转换过程中的损耗为:

     

    “当MOS管接感性负载时,当电流变化时,电压保持不变;当电压变化时,电流保持不变。所以可以利用电流的平均值、电压的平均值来计算MOS管的导通损耗平均值”

    平均值计算恐怕误差太大,当用有效值计算,当然用积分来计算是最准确的。

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  • 电源网-源源

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    2011-11-01 13:22

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  • 10227

    LV.1

    2011-11-01 13:24

    @电源网-源源

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  • qi8903

    LV.1

    2011-11-01 13:40

    @cheng111

    下面以反激式为例进行公示推倒。

    1.1.1    CCM下反激式开关电源损耗公式

    1.         I4电流的确定

    先让我们回顾一下CCM模式下输入电感的电流波形,如 2所示。

     

    2  CCM模式电流波形

    2可知:I2MOS管导通时的电流,I3MOS管的最大电流。众所周知,反激式开关电源导通的转换时间是纳秒级的,而导通时间是微秒级的,所以开关导通转换过程中的损耗公式中的I4=I2

    1.         Vds电压的确定

    反激电路框图如 3所示。

     

    3  反激框图

    在确定Vds电压之前,需要确定几点原则:(1)变压器中有能量时,输入绕组、输出绕组至少有一个有电流流过或者两个都有(电流是变压器有能量的表现);(2)输出二极管导通是需要电压的,也就是输出绕组的电压必须上升到Vo+Vf;(3)电感电流不能突变。

    由于电感电流不能突变,输出绕组必须维持D1导通的电压来使电流迅速下降,然后才是输出绕组电压方向。所以导通转换过程中Vds=Vin+VorCCM模式下,反激电源中MOS管导通时的开关损耗公式为:

     

    Vor为初级绕组上的反射电压。

     

    支持,楼主有个问题问下,为什么CCM有导通和关断损耗而DCM、BRM只有关断损耗?

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