mosfet的开关损耗计算_二极管功耗怎么算[通俗易懂]

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定义

开关损耗（Switching-Loss）包括开通损耗（Turn-on Loss）和关断损耗(Turn-of Loss)，常常在硬开关（Hard-Switching）和软开关（Soft-Switching）中讨论。

开通损耗（Turn-on Loss），是指非理想的开关管在开通时，开关管的电压不是立即下降到零，而是有一个下降时间，同时它的电流也不是立即上升到负载电流，也有一个上升时间。在这段时间内，开关管的电流和电压有一个交叠区，会产生损耗，这个损耗即为开通损耗。

导通损耗与关断损耗，两者与工作频率关系不大，谁占主导取决于通断的占空比。与开关频率相关的主要是过渡过程的损耗。这要看开通及关断上升及下降斜率，当上升下降斜率一定时，频率越低，所占时间比率越小。
例如脉宽50微秒。上升下降各为2微秒。占比为4/50 如果脉宽变为20微秒，上升下降时间不变。占比就是4/20

首先要知道输出整流管有哪些损耗？

1 开关损耗—通和关断并不是瞬间完成，过渡过程存在 电压和电流存在重叠区—>使用软开关技术

2 导通损耗—  RDS(on)—>选择Rdson小的管子

3 驱动损耗— 导通之前，驱动芯片在对MOS的栅极充电电荷量Qg—>选择Qg小的管子

所以你要：

1 使用软开关技术

2 找Rdson小的管子

3 找Qg小的管子

2，3各个供应商不能兼顾，往往2好的3就差，所以你要看一下你的电路里面那个损耗更多点就主要降那个。导通损耗一般由功率拓扑和选用MOS的Rdson决定，值得指出的是，导通损耗，开关损耗和驱动损耗Pgate存在一定的权衡关系，由于 MOS的Qg和Rdson成反比，而驱动损耗Qg大小一定程度上又与开关损耗成反比。所以，需要选择合适而不是最小Rdson的MOS。

MOS管开关管损耗计算方法公式及解释-KIA MOS管

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人们对MOS管开关电源的要求越来越高，要求开关电源的体积越来越小，这也意味着开关频率越来越高。随着开关频率的提高，降低变换器的开关损耗也变得极其重要。

一、 MOS管开关管损耗计算

MOS管是开关电源中常见器件之一，在评估开关电源效率的时候，对于MOS管的选型十分重要，如果选择的MOS不合适，电路该部分的发热会非常严重，影响效率。因此，在考虑到设计开关电源的效率时，MOS管的损耗是不容忽视的一部分。下面将详细计算MOS管的损耗。

二、MOS管的损耗来源

（1）MOS开关损耗

MOS在开关电源中用作开关器件，顾名思义，MOS会经常的开通和关断。MOS管开关管损耗计算由于电压和电流都是模拟量，这个世界也是模拟的世界，电压和电流都不能突变，将MOS管比如成一个“水龙头”就很好理解MOS管的第一部分损耗：开关损耗

当我们在打开水龙头或者关闭水龙头的时候，并不是等到我们完全打开龙头的阀门，水才出来，也不是等到我们完全关断水龙头，才没有水流出。在我们操作的过程中，其实都有水在流出或者是慢慢停止。对于MOS也是这样，流过MOS管的电流就像是水流，加在MOS管VDS间的电压就像是水龙头的阀门。

因此，MOS管开关损耗产生的本质原因是由于MOS开通和关断并不是瞬间完成，电压和电流存在重叠区。开通过程如图所示：

开通过程如上图所示，从电流Id从0开始上升到VDS减小为0为止，为MOS管的开通过程，如上图的1点到2点所示。

（2）MOS导通损耗

理想的电压源我们不计其内阻，理想的运算放大器我们不计流入运放的电流，同样，理想的开关，我们将其等效为电阻为0的导线。但是在实际使用过程中，MOS开通后，是存在一定阻值的，这个阻值会随着VGS电压的变化而变化，当MOS完全开通时，电阻才基本等效为一定固定的电阻。

因此，MOS管损耗的第二部分就是导通损耗 ，产生导通损耗的本质原因是实际使用的MOS管不能等效为电阻为0的器件，导通时的内阻是会造成MOS管发热的原因之一。

导通损耗的计算主要是导通时的电流，内阻 RDS(on)。

（3）MOS管驱动损耗

从图1可以看出，在1点之前，也就是电流从0上开始上升的前，这一部分MOS还没开通，既不存在开关损耗，也不存在导通损耗，但是由于这部分时间，驱动芯片在对MOS的栅极充电，这也是损耗的一种形式，并归为MOS的损耗，即驱动损耗。

因此，MOS的驱动损耗与驱动芯片的驱动功率有关，和MOS管的选型有关– 栅极充电电荷（Qg）。

注：MOS管栅极电荷Qg的概念解析 什么是Qg,MOS管Qg的概念解析-KIA MOS管

三、MOS管开关管损耗计算实例

（1）基于BUCK电源计算

buck电路_buck电路输出电压公式_奋斗的Brandon的博客-CSDN博客

假设现在有一降压电源，参数如下：

输入：Uin=12V

输出：Uout=1.8V

开关频率：f=500K

负载电流：Io=20A

纹波系数：r=0.4

降压系数：D=Uout/Uin=0.15

选择的MOS管为凌特的BSC050N03，参数如下

下面计算该开关电源的MOS损耗。

一、MOS管损耗

（1）导通损耗

MOS管导通损耗的计算公式为：P=I^2R= Iqsw* Iqsw*Rds(on)* D= 20*20*（6×10^3）*（1.8/12）=0.36W

（2）开关损耗

开关损耗的计算公式：Psw=1/2* Vin*Iout *Fsx(Qgs2+Qgd)/Ig。

如果只计算开通损耗有：Psw=0.5*12（20-4）500k * （6n/5）=0.576W

如果只计算关断损耗有：Psw=0.5*12*（20+4）*500k * （6n/1）=0.432W

Ig由选择的驱动芯片决定，LTC3883，驱动电压Vgs=5V

（3）驱动损耗

Pgate=VgQgfs=5*13n*500k=0.0325W

开关管的总损耗：P=0.36+0.576+0.432+0.0325=1.4W

MOS管损耗组成：

MOS管损耗组成-MOS管损耗如何计算及计算公式-百能云芯 – 知乎
导通损耗Pon+截止损耗Poff+开启过程损坏+关断过程损耗+驱动损坏Pgs+Coss电容的泄放损耗Pds+体内寄生二极管正向导通损耗Pd_f+体内寄生二极管反向恢复损耗Pd_recover

电子元器件设计或选择前，会对MOS管工作过程进行模拟，并对损耗先期计算；

MOS管每种损耗计算方法
开启过程损耗
公式：Poff_on= fs×∫ TxVDS（off_on）（t） × ID（off_on）（t） × dt
开启过程 VDS（off_on）（t） 与 IDS（off_on）（t） 交叉波形如下图所示:

实际计算主要两种假设
A ：VDS（off_on）（t）开始下降与 ID（off_on）（t）逐渐上升同时发生；
公式：Poff_on=1/6 × VDS（off_end） × Ip1× tr × fs
B：VDS（off_on）（t）下降是从 ID（off_on）（t）上升到最大值后才开始。
（可作最恶劣模式的计算值）
公式：Poff_on=1/2 × VDS（off_end） × Ip1 × （td（on）+tr） × fs
C：FLYBACK 架构路中一 MOSFET 实际测试到的波形，其更接近于 （A） 类假设。

关断过程损耗
如下图所示
预计得到关断完成后之漏源电压=VDS（off_beginning）
关断时刻前负载电流=IDS（on_end）
Ip2 ，VDS（on_off）（t），IDS（on_off）（t）重叠时间为Tx
公式：Poff_on= fs×∫ TxVDS（on_off）（t） × IDS（on_off）（t） × dt

实际计算
A：Poff_on=1/6 × VDS（off_beginning） × Ip2 × tf × fs
B：Poff_on=1/2 × VDS（off_beginning） × Ip2 × （td（off）+tf） × fs
（作最恶劣模式计算值）

导通损耗Pon
MOS管完全开启后负载电流即漏源电流IDS（on）（t）在导通电阻 RDS（on）上产生压降引起损耗。
公式：Pon=IDS（on）rms2× RDS（on）× K × Don

截止损耗Poff
MOS管完全截止后在漏源电压 VDS（off） 应力下产生漏电流 IDSS引起损耗。
损耗公式：Poff=VDS（off）× IDSS×（ 1-Don）

驱动损坏Pgs
栅极接受驱动电源进行驱动引起损耗；
损耗公式：Pgs= Vgs × Qg × fs

体内寄生二极管正向导通损耗Pd_f
MOS管体内寄生二极管在承载正向电流时因正向压降引起损耗；
损耗公式：Pd_f = IF × VDF × tx × fs
二极管承载的电流量=IF， 二极管正向导通压降=VDF ， 一周期内二极管承载电流时间=tx

体内寄生二极管反向恢复损耗Pd_recover
MOS管体内寄生二极管承载正向电流后因反向压致反向恢复引起损耗；
损耗公式：Pd_recover=VDR × Qrr × fs
为二极管反向压降=VDR 二极管反向恢复电量=Qrr

Coss电容泄放损耗Pds
MOS输出电容 Coss 截止时储蓄电场能于导同期间在漏源极上泄放损耗。
损耗公式：Pds=1/2 × VDS（off_end）2× Coss × fs

MOS 管的损耗可以通过计算其电流损耗和功率损耗来估算。

电流损耗是指在 MOS 管内部通过电流时产生的损耗，这是由于电子在通过 MOS 管时与硅基材产生电阻损耗。这种损耗可以通过如下公式计算：

I_loss = I_drain × R_on

其中 I_drain 是 MOS 管的漏源电流，R_on 是 MOS 管的导通电阻。

功率损耗是指在 MOS 管进行开关操作时产生的损耗，这是由于 MOS 管内部的电容量需要进行充放电操作。这种损耗可以通过如下公式计算：

P_loss = C_gd × V_gs^2 × f_sw

其中 C_gd 是 MOS 管的漏源电容，V_gs 是 MOS 管的栅源电压，f_sw 是 MOS 管的开关频率。

因此，MOS 管的总损耗可以通过以下公式计算：

P_total = I_loss × V_ds + P_loss

其中 V_ds 是 MOS 管的漏源电压。

以上是 MOS 管损耗的基本计算方法，实际计算时需要考虑到具体的工艺和器件参数等因素。

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