MOS管开关管损耗计算方法公式和解释

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。

（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，和驱动芯片的驱动功率有关，和MOS管的选型有关（Qg）。

三、MOS管开关管损耗计算实例

（1）基于BUCK电源计算

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

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= Rdson* Iqsw* IqswD= 20x20x61.8/12=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=0.512（20-4）500k * （6n/5）=0.576W

如果只计算关断损耗有：Psw=0.512*（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=513n500k=0.0325W

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

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