【好文分享】Buck電路功耗計算（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電路的幾個工作階段，我們分別討論MOSFET的損耗

第一個階段：上管打開的過程：

在開關(guān)過程中產(chǎn)生的損耗，MOSFET處于放大區(qū)，下管關(guān)閉幾乎沒有電流。

在上管打開過程中，上管的電壓Vds不斷減小，電流Ids不斷增加。我們簡單的可以認為是線性增減。此時輸出電流處于谷底，最小值。如果近似的看成是電流平均值即輸出電流值，則可以簡單計算如下：

如果需要考慮電流紋波，則計算公式如下：

第二個階段：上管完全導(dǎo)通、下管關(guān)閉。

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

打開的時間是由占空比決定的：上管打開的時間約等于T*D。

電流近似計算時，可以看作就是Buck電源的輸出電流。如果細算起來，就需要考慮在上管打開過程中，電流是逐步變大的，我們需要對這個電流增大的過程進行積分計算，考慮到電流逐步變大的過程。

如果電流紋波足夠小，我們可以近似認為上管打開過程電流沒變化。則這個計算非常容易，就是直接計算，就可以：

如果紋波帶來的影響不可忽略，則我們需要進行積分運算。我們從開始開啟的電流進行積分，即最小電流處，積分到最大電流處。此處運用牛頓-萊布尼茲公式，計算定積分。

第三個階段，上管關(guān)閉的過程

上管打開的過程和關(guān)閉的過程是類似的計算方法，此處只是電流為整個周期的最大值，因為經(jīng)歷了一個充電的過程，電流此時處于峰值。另外就是上管關(guān)閉的時間，會與上管打開的時間不一樣。我們計算公式如下：

第四個階段，此時上管已經(jīng)完全關(guān)閉，下管暫時還沒有打開，稱為死區(qū)時間

我們需要理解，任何控制器都需要控制避免上下管同時打開，如果出現(xiàn)這個狀態(tài)，則非?？赡軣埽驗橄喈?dāng)于通過上下管把輸入電源和GND進行了短路。

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

此時的功耗，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的電流。在開關(guān)開關(guān)的過程中，會有兩個階段經(jīng)歷死區(qū)時間，所以下管的死區(qū)時間功耗計算公式如下：

第五階段，下管導(dǎo)通

導(dǎo)通功耗，因為很顯然下管的功耗是在電流通過MOS的DS溝道之間的電阻（rDS(ON)）產(chǎn)生的。下面公式可估算下MOS管的導(dǎo)通功耗。

下管的導(dǎo)通損耗，近似的可以看作是：

如果考慮紋波，可以用以下公式進行計算：

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