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老工程师谈:BUCK电路的损耗计算

老工程师谈:BUCK电路的损耗计算

制作21ic论坛kk的记忆网站:bbs.21ic.com在BUCK降压电路中,不可避免地要提到效率问题。效率的降低主要是由于存在损耗,效率=输出功率÷输入功率[%],一般芯片效率在90%以上。
该产品应用中使用了TI的DC-DC降压芯片,其经过测试的效率如下:其中,由于负载电流的不同,特别是在轻负载和重负载下,效率会有所提高。改变。
从ROMA的官方网站得知,同步降压电路的损耗由六个部分组成,即:Pmos是场效应管的导通损耗,Psw是场效应管的开关损耗,Pdead_time是死区时间损耗,而PGATE是MOSFET。 PCOIL是由输出电感器的DCR和DC电阻引起的传导损耗,而PIC是开关电源芯片本身吸收的功率。
根据ROMA对其电源芯片的实际测量,可以看出,场效应管的开关损耗在总损耗中所占比例最大。这是由于在场效应导通过程中电压和电流的重叠区域会产生更大的功耗。
场效应管在米勒平台上停留的时间越长,开关损耗就越大。通过仿真可以很容易地看到下图中的MOS管的开关过程:从仿真中可以看出,MOS管的Vds和电流ID在英里平台处重叠,这会导致功耗。
开关频率越高,该损耗将越大。对于MOSFET的开关过程,首先要考虑将器件隔离,而不受任何外部影响。
在这些条件下,MOSFET的等效电路如下图所示。 MOS管的栅极由栅极电阻(Rg)和两个输入电容器(Cgs和Cgd)组成。
使用这个简单的等效电路,可以获得对阶跃电压信号的输出电压响应。电压VGS是栅极的实际电压设备。
使用Matcad编写Igs和Igd的电流。在上图的t1阶段,当未达到Vgs(th)电压时,由于Vgs持续增加,因此Vgs / dt增加,而Igs电流持续增加。
当达到米勒平台电压时,Vgs保持不变,Vgs / dt = 0,因此Igs = 0。此时,VDS减小,VDS / dt增大,Igd电流开始增大。
因此,对数学表达式的简要分析与仿真过程是一致的。知道了MOS管的开关过程,开关过程的损耗表达式如下。
降低开关频率可以有效减少损耗。但这限制了开关电路小型化的目的。
增加开关的上升时间也可以减少损耗,但是这会在开关过程中引起过多的谐波,这对EMC有害,因此需要综合考虑。因此,为了减少开关损耗,必须考虑两个因素,即开关的过渡时间和开关频率。
现在,许多电源芯片都使用软开关技术。该电路在全桥逆变器电路中增加了电容器和二极管。
当开关管导通时,二极管充当钳位器,并形成放电回路以放电电流。电容器在反激电压的作用下充电,电压不会突然升高。
当电压相对较大时,电流已经为零。由于MOS管的开关损耗受到更大的限制,因此将单独讨论。
场效应管的传导损耗相对较小。对于同步整流功率芯片,是上下桥的MOS管损耗。
它由MOS管的导通电阻,内部电阻Rdc决定。电流MOSFET的内部电阻可以为几毫欧,因此损耗非常小。
计算公式如下:Pmos = I * I * Rdc * D + I * I * Rdc *(1-D)电感器的损耗分为直流损耗和交流损耗。直流损耗由电感器的DC DCR决定,交流损耗由电感器确定。
电感器的磁损耗和铜损耗被确定。通常,AC损耗与DC损耗相比相对较小,可以忽略不计。
(当开关频率和输入电压过高时,AC损耗也很大,不能忽略)Pcoil = I * I * DCR功率芯片消耗的电流基本上是损耗。可以在数据表中查询该参数:PIC = Vin * I_IC死区损耗Pdead_tine主要由开关电源芯片的内部控制器确定。
通常,数据表不提供此参数。您可以参考ROMA的公式:PGATE是M的栅极电荷损耗
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