导通损耗和开关损耗

开关管的损耗带来的问题

★使得开关管发热，为了降低温度，需要增大散热面积，从而增大了体积和成本。

★降低了开关电源的效率。

开关管的损耗分为导通损耗和开关损耗

★导通损耗：在开关管导通时候，开关管的功耗。

★开关损耗：开关管从关断到导通，或者从导通到关断过程中产生的功耗。

开关管导通损耗

★导通损耗：在开关管导通时候，开关管的功耗。

MOSFET开关的导通损耗： PCOND=I2rms*Rds(on)（Rds(on)是MOSFET的导通电阻）

降低导通损耗的方法

降低开关管的导通电阻

1. 对于MOSFET而言，降低导通电阻可以有效降低导通损耗。          

例如将IRF840换成IRF740可以将导通电阻从0.8Ω降低到0.55Ω，导通损耗可以降低40%以上； 如果采用CoolMOS的SPP07N06C3 （RDS（ON）=0.6Ω）替代IRFBC40（RDS（ON）=1.2Ω）导通损耗可以降低一半。

降低导通损耗的方法

提高栅极驱动电压可以在一定程度上减小导通电阻。

选择导通电阻相对低的MOSFET；

降额使用，例如将可以输出250W的TOP250用于输出50W的方案中，可以使电源效率达到87%；

选择产品出厂时间比较晚的器件性能会比出厂时间比较早的器件导通电阻小；

选择导通电压降低的器件作为开关管，例如用IRF740替代IRF840就是一个很好的方法，采用CoolMOS替代常规MOS是几好的方法。

开关管的开关损耗

开关管在导通过程（上升沿）和关闭过程（下降沿）中产生的损耗称为开关损耗 在常规技术下，开关损耗随开关频率的升高而上升(开关损耗与开关频率成正比)

开关损耗产生的原因

开关转换过程中不可避免地存在V-I交叠。

交叠持续时间较长的原因是：每个开关周期内，寄生电容都需要充放电。 寄生电容越大，充放电时间越长。于是交叉（交叠）时间增加，从而使开关损耗增加。

开关管的开关损耗

对于阻性负载： PSW=Vin*Idmax*tcross*fSW/3

对于感性负载： PSW=Vin*Idmax*tcross*fSW

降低开关损耗的途径

降低开关频率

减小交叉时间（使上升沿、下降沿更陡峭）

MOS管

MOS管开关的等效电容

对于驱动电路来说，所驱动的MOS管等效为一个电容。

让MOS管导通或关闭的过程就是给栅极电容充放电时间。 充放电电流越大，充放电时间越短，交叉时间越小。

栅极电容充放电循环的时间常数：Tg=Rdrive*Cg Cg不是固定值，是外加电压的函数。

栅荷系数

描述MOSFET寄生电容的最新方法是运用栅荷系数。

栅荷系数Qg越大，其栅极等效电容也越大。

选用栅荷系数Qg小的MOS管，开关损耗较小。

MOS管驱动电路内阻

驱动电路内阻ro和栅极电阻Rg共同构成栅极电容的充放电电阻。

驱动内阻ro越小，充放电越快，开关损耗越小。

栅极电阻Rg越小，开关损耗越小。

一对矛盾

栅极电容充放电越快，信号边沿约陡峭，开关损耗越小。

信号边沿越陡峭，其高频分量越丰富，对电路的干扰越大。

合适地选择栅极电阻Rg，可以在电源效率和EMC两方面取得平衡。