【好文分享】Buck電路功耗計(jì)算（一）-KIA MOS管

Buck電路的損耗，主要發(fā)生在功率路徑上，也就是較大電流通過(guò)的器件上：MOSFET、電感、二極管（非同步控制器）。

根據(jù)Buck電路的幾個(gè)工作階段，我們分別討論MOSFET的損耗

Buck電路功耗

第一個(gè)階段：上管打開(kāi)的過(guò)程：

在開(kāi)關(guān)過(guò)程中產(chǎn)生的損耗，MOSFET處于放大區(qū)，下管關(guān)閉幾乎沒(méi)有電流。

Buck電路功耗

在上管打開(kāi)過(guò)程中，上管的電壓Vds不斷減小，電流Ids不斷增加。我們簡(jiǎn)單的可以認(rèn)為是線性增減。此時(shí)輸出電流處于谷底，最小值。如果近似的看成是電流平均值即輸出電流值，則可以簡(jiǎn)單計(jì)算如下：

Buck電路功耗

如果需要考慮電流紋波，則計(jì)算公式如下：

Buck電路功耗

第二個(gè)階段：上管完全導(dǎo)通、下管關(guān)閉。

Buck電路功耗

上管MOSFET處于打開(kāi)狀態(tài)，上MOSFET等效于一個(gè)電阻即為MOSFET的導(dǎo)通阻抗Rds（on），Rds（on）上面流經(jīng)電流的損耗。此時(shí)，下管沒(méi)有電流，功耗全部集中在上管上。

打開(kāi)的時(shí)間是由占空比決定的：上管打開(kāi)的時(shí)間約等于T*D。

電流近似計(jì)算時(shí)，可以看作就是Buck電源的輸出電流。如果細(xì)算起來(lái)，就需要考慮在上管打開(kāi)過(guò)程中，電流是逐步變大的，我們需要對(duì)這個(gè)電流增大的過(guò)程進(jìn)行積分計(jì)算，考慮到電流逐步變大的過(guò)程。

Buck電路功耗

如果電流紋波足夠小，我們可以近似認(rèn)為上管打開(kāi)過(guò)程電流沒(méi)變化。則這個(gè)計(jì)算非常容易，就是直接計(jì)算，就可以：

Buck電路功耗

如果紋波帶來(lái)的影響不可忽略，則我們需要進(jìn)行積分運(yùn)算。我們從開(kāi)始開(kāi)啟的電流進(jìn)行積分，即最小電流處，積分到最大電流處。此處運(yùn)用牛頓-萊布尼茲公式，計(jì)算定積分。

Buck電路功耗

第三個(gè)階段，上管關(guān)閉的過(guò)程

上管打開(kāi)的過(guò)程和關(guān)閉的過(guò)程是類似的計(jì)算方法，此處只是電流為整個(gè)周期的最大值，因?yàn)榻?jīng)歷了一個(gè)充電的過(guò)程，電流此時(shí)處于峰值。另外就是上管關(guān)閉的時(shí)間，會(huì)與上管打開(kāi)的時(shí)間不一樣。我們計(jì)算公式如下：

Buck電路功耗

第四個(gè)階段，此時(shí)上管已經(jīng)完全關(guān)閉，下管暫時(shí)還沒(méi)有打開(kāi)，稱為死區(qū)時(shí)間

我們需要理解，任何控制器都需要控制避免上下管同時(shí)打開(kāi)，如果出現(xiàn)這個(gè)狀態(tài)，則非?？赡軣?，因?yàn)橄喈?dāng)于通過(guò)上下管把輸入電源和GND進(jìn)行了短路。

為了避免這種狀態(tài)，只好在上管關(guān)閉之后，等待一個(gè)時(shí)間段，再對(duì)下管進(jìn)行打開(kāi)的操作。而在兩個(gè)MOSFET都關(guān)閉的狀態(tài)，我們就稱為死區(qū)時(shí)間。這個(gè)時(shí)間，主要依賴下管的寄生二極管進(jìn)行續(xù)流，實(shí)現(xiàn)輸出電流的一個(gè)回路。

Buck電路功耗

此時(shí)的功耗，就是下管的寄生二極管的功耗，也就是二極管的正向?qū)▔航党艘源藭r(shí)的電流。在開(kāi)關(guān)開(kāi)關(guān)的過(guò)程中，會(huì)有兩個(gè)階段經(jīng)歷死區(qū)時(shí)間，所以下管的死區(qū)時(shí)間功耗計(jì)算公式如下：

Buck電路功耗