交流开关损耗

MOS场效应管开关损耗

真实的晶体管需要时间来导通或关断。

产生损耗的原因：在导通和关断瞬变过程中存在电压和电流重叠，从而产生交流开关损耗。

如下图所示

同步降压转换器中MOS场效应管 Q1的典型开关波形

Q1开关时间和相关损耗：由顶部FET Q1的寄生电容CGD的充电和放电和电荷QGD决定

 

同步降压转换器，底部FET Q2开关损耗很小

 

原因：Q2总是在体二极管传导后导通，在体二极管传导前关断，而体二极管上的压降很低。

但是，Q2的体二极管反向恢复电荷，可能增加顶部FET Q1的开关损耗，产生开关电压响铃和EMI噪声。

控制FET Q1开关损耗与转换器开关频率fS成正比。

Q1能量损耗EON和EOFF能不能准确的计算有点难度

 

电感铁损PSW_CORE

电感交流损耗：主要来自磁芯损耗。

在高频SMPS中，磁芯材料可能是铁粉芯或铁氧体。

铁粉芯微饱和，铁损高

铁氧体材料剧烈饱和，铁损低

 

铁氧体：一种类似陶瓷的铁磁材料，其晶体结构由氧化铁与锰或氧化锌的混合物组成。

 

铁损：主因磁滞损耗。

磁芯或电感制造商通常为电源设计人员提供铁损数据，以估计交流电感损耗。

 

其他交流相关损耗：

包括栅极驱动器损耗

PSW_GATE=VDRV • QG • fS

死区时间

顶部FET Q1和底部FET Q2均关断时

体二极管传导损耗

=(ΔTON + ΔTOFF) • VD(Q2) • fS

 

开关相关损耗：

开关相关损耗与开关频率fS成正比。

在12VIN、3.3VO/10AMAX同步降压转换器中，200kHz–500kHz开关频率下的交流损耗约导致2%至5%的效率损失。

 

满负载下的总效率约为93%，比LR或LDO电源要好得多。
可以减少将近10倍的热量或尺寸。