MOS管開關管損耗計算方法公式和解釋

人們對MOS管開關電源的要求越來越高，要求開關電源的體積越來越小，這也意味著開關頻率越來越高。隨著開關頻率的提高，降低變換器的開關損耗也變得極其重要。

一、 MOS管開關管損耗計算

MOS管是開關電源中常見器件之一，在評估開關電源效率的時候，對于MOS管的選型十分重要，如果選擇的MOS不合適，電路該部分的發熱會非常嚴重，影響效率。因此，在考慮到設計開關電源的效率時，MOS管的損耗是不容忽視的一部分。下面將詳細計算MOS管的損耗。

二、MOS管的損耗來源

（1）MOS開關損耗

MOS在開關電源中用作開關器件，顧名思義，MOS會經常的開通和關斷。MOS管開關管損耗計算由于電壓和電流都是模擬量，這個世界也是模擬的世界，電壓和電流都不能突變，將MOS管比如成一個“水龍頭”就很好理解MOS管的第一部分損耗：開關損耗

當我們在打開水龍頭或者關閉水龍頭的時候，并不是等到我們完全打開龍頭的閥門，水才出來，也不是等到我們完全關斷水龍頭，才沒有水流出。在我們操作的過程中，其實都有水在流出或者是慢慢停止。對于MOS也是這樣，流過MOS管的電流就像是水流，加在MOS管VDS間的電壓就像是水龍頭的閥門。

因此，MOS管開關損耗產生的本質原因是由于MOS開通和關斷并不是瞬間完成，電壓和電流存在重疊區。開通過程如圖所示：

開通過程如上圖所示，從電流Id從0開始上升到VDS減小為0為止，為MOS管的開通過程，如上圖的1點到2點所示。

（2）MOS導通損耗

理想的電壓源我們不計其內阻，理想的運算放大器我們不計流入運放的電流，同樣，理想的開關，我們將其等效為電阻為0的導線。但是在實際使用過程中，MOS開通后，是存在一定阻值的，這個阻值會隨著VGS電壓的變化而變化，當MOS完全開通時，電阻才基本等效為一定固定的電阻。

因此，MOS管損耗的第二部分就是導通損耗 ，產生導通損耗的本質原因是實際使用的MOS管不能等效為電阻為0的器件，導通時的內阻是會造成MOS管發熱的原因之一。

導通損耗的計算主要是導通時的電流，內阻。

（3）MOS管驅動損耗

從圖1可以看出，在1點之前，也就是電流從0上開始上升的前，這一部分MOS還沒開通，既不存在開關損耗，也不存在導通損耗，但是由于這部分時間，驅動芯片在對MOS的柵極充電，這也是損耗的一種形式，并歸為MOS的損耗，即驅動損耗。

因此，MOS的驅動損耗，和驅動芯片的驅動功率有關，和MOS管的選型有關（Qg）。

三、MOS管開關管損耗計算實例

（1）基于BUCK電源計算

假設現在有一降壓電源，參數如下：

輸入：Uin=12V

輸出：Uout=1.8V

開關頻率：f=500K

負載電流：Io=20A

紋波系數：r=0.4

選擇的MOS管為凌特的BSC050N03，參數如下

下面計算該開關電源的MOS損耗。

一、MOS管損耗

（1）導通損耗

MOS管導通損耗的計算公式為：P=I^2R= Rdson* Iqsw* IqswD= 20x20x61.8/12=0.36W

（2）開關損耗

開關損耗的計算公式：Psw=1/2* Vin*Iout *Fsx(Qgs2+Qgd)/Ig。

如果只計算開通損耗有：Psw=0.512（20-4）500k * （6n/5）=0.576W

如果只計算關斷損耗有：Psw=0.512*（20+4）*500k * （6n/1）=0.432W

Ig由選擇的驅動芯片決定，LTC3883，驅動電壓Vgs=5V

（3）驅動損耗

Pgate=VgQgfs=513n500k=0.0325W

開關管的總損耗：P=0.36+0.576+0.432+0.0325=1.4W

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