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基于CMM下开关损耗和反激开关损耗分析以及公式计算

电源联盟 2018-01-13 09:28 次阅读

开关损耗计算--反激篇

1、CCM 模式开关损耗

CCM 模式与 DCM 模式的开关损耗有所不同。先讲解复杂 CCM 模式,DCM 模式很简单了。

1.1 导通时的开关损耗

CCM 模式下,开关的导通时的电流与电压波形如图 1 所示。

基于CMM下开关损耗和反激开关损耗分析以及公式计算

根据数据给出的原理:当MOS 管接感性负载时,当电流变化时,电压保持不变;当电压变化时,电流保持不变。所以可以利用电流的平均值、电压的平均值来计算MOS 管的导通时的开关损耗平均值,可得开关导通时的开关损耗为:

基于CMM下开关损耗和反激开关损耗分析以及公式计算

1.1.1 CCM 下反激式开关电源损耗公式

1. I4 电流的确定

先让我们回顾一下 CCM 模式下输入电感的电流波形,如图 2 所示。

由图 2 可知:I2 为MOS 管导通时的电流,I3 为MOS 管的最大电流。众所周知,反激式开关电源导通的转换时间是纳秒级的,而导通时间是微秒级的,所以导通时的开关损耗公式中的I4=I2。

2. Vds 电压的确定

反激电路框图如图 3 所示。

在确定 Vds 电压之前,需要确定几点原则:

(1)变压器中有能量时,输入绕组、输出绕组至少有一个有电流流过或者两个都有(电流是变压器有能量的表现);

(2)输出二极管导通是需要电压的,也就是输出绕组的电压必须上升到Vo+Vf;

(3)电感电流不能突变。

由于电感电流不能突变,输出绕组必须维持D1 导通的电压来使电流迅速下降,然后才是输出绕组电压方向。所以导通转换过程中Vds=Vin+Vor。CCM 模式下,反激电源中MOS管导通时的开关损耗公式为:

Vor 为初级绕组上的反射电压。

再次申明:CCM 模式下的反激式电源,MOS 管导通时的开关损耗计算公式中电压为(Vin+Vor),而电流为最小电流I2。

1.2 关断时的开关损耗

关断转换过程中的电压电流波形如图 4 所示。

根据数据给出的原理:当MOS 管接感性负载时,当电流变化时,电压保持不变;当电压变化时,电流保持不变。所以可以利用电流的平均值、电压的平均值来计算MOS 管的关断时的开关损耗平均值,可得开关关断时的开关损耗为:

基于CMM下开关损耗和反激开关损耗分析以及公式计算

与前面计算开关导通时的开关损耗非常相识,看确有本质的不同。

1. 电流

在正常的反激式开关电源设计中,开关电源导通的转换时间是纳秒级的,而导通时间是微秒级的,所以导通时的开关损耗公式中的Id=I3(电流I3 如图 2 所示)。

2. 电压Vds

先上一个反激式漏极尖峰电压吸收电路,如图 5 所示,其中的红色部分。

在确定 Vds 电压之前,需要确定几点原则:

(1)变压器中有能量时,输入绕组、输出绕组至少有一个有电流流过或者两个都有(电流是变压器有能量的表现);

(2)输出二极管导通是需要电压的,也就是输出绕组的电压必须上升到Vo+Vf;

(3)电感电流不能突变。

有上面的三原则可知,输出绕组的电压先上升至Vo,然后输出整流管D1 导通,这个时候初级的电感电流急剧下降,输出绕组电流相应上升。而初级漏感尖峰电压上升速度比纳秒级还小,所以可以得出:开关关断过程损耗计算公式中电压应该为输入电压、电容C 两端电压之和。

Vc 为电压尖峰电路中电容的吸收电压,其中不仅包含反射电压,还有漏感导致的尖峰电压。I3 是输入电感上面的峰值电流。

2. DCM 模式的开关损耗

DCM 模式是几乎没有导通转换的交越阶段损耗,因为这个时候的输入电流几乎是为零的。但是还是有关断交越阶段的损耗,这个与前面的 CCM 模式下的一样。

本文不作总结了,也不会把反激的开关损耗公式列出来。因为结果和公式并不是最重要的,关键在于理解和公式是怎么出来的。

原文标题:MOS管的开关损耗分析计算推导

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