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欄目：行業(yè)新聞編輯：CEO 來源：網(wǎng)絡熱度：0 日期：2022-07-29

信息摘要：

一個高質量的開關電源效率高達95%，而開關電源的損耗大部分來自開關器件（MOSFET和二極管），所以正確的測量開關器件的損耗

，對于效率分析是非常關鍵的。那我們該如何準確測量開關損耗呢？一

、開關損耗由于開關管是非理想型器件，其工作過程可劃分為四種狀態(tài)

，如圖1所示

。“導通狀態(tài)”表示開關管處于導通狀態(tài)

；“關閉狀態(tài)”表

如何準確測量開關損耗<div id= ？"/>

如何準確測量開關損耗？

　　一個高質量的開關電源效率高達95%

，而開關電源的損耗大部分來自開關器件（MOSFET和二極管）

，所以正確的測量開關器件的損耗，對于效率分析是非常關鍵的

。那我們該如何準確測量開關損耗呢

？

　　一、開關損耗

　　由于開關管是非理想型器件

，其工作過程可劃分為四種狀態(tài)

，如圖1所示?div id="jfovm50" class="index-wrap">！皩顟B(tài)”表示開關管處于導通狀態(tài)

；“關閉狀態(tài)”表示開關管處于關閉狀態(tài)；“導通過程”是指開關管從關閉轉換成導通狀態(tài)

；“關閉過程”指開關管從導通轉換成關閉狀態(tài)

。一般來說，主要的能量損耗體現(xiàn)在“導通過程”和“關閉過程”

，小部分能量體現(xiàn)在“導通狀態(tài)”

，而“關閉狀態(tài)”的損耗很小幾乎為0，可以忽略不計

。

　　圖1開關管四種狀態(tài)劃分

　　實際的測量波形圖一般如圖2示

。

　　圖2開關管實際功率損耗測試

　　二、導通過程損耗

　　晶體管開關電路在轉換過程中消耗的能量通常會很大，因為電路寄生信號會阻止設備立即開關

，該狀態(tài)的電壓與電流處于交變的狀態(tài)

，因此很難直接計算功耗，以往的做法

，將電壓與電流認為是線性的

，這樣可以通過求三角形的面積來粗略計算損耗，但這是不夠準確的

。對于數(shù)字示波器來說

，通過都會提供高級數(shù)學運算功能，因此可以使用下面的公式計算導通過程的損耗

。

　　Eon表示導通過程的損耗能量

　　Pon表示導通過程的平均損耗功率（有功功率）

　　Vds

、Id分別表示瞬時電壓和電流

　　Ts表示開關周期

　　t0、t1表示導通過程的開始時間與結束時間

　　關閉過程損耗

　　關閉過程損耗與導通過程損耗計算方法相同

，區(qū)別是積分的開始與結束時間不同

。

　　Eoff表示關閉過程的損耗能量

　　Poff表示關閉過程的平均損耗功率（有功功率）

　　Vds、Id分別表示瞬時電壓和電流

　　Ts表示開關周期

、t3表示關閉過程的開始時間與結束時間

　　三

、導通損耗

　　導通狀態(tài)下，開關管通常會流過很大的電流

，但開關管的導通電阻很小

，通常是毫歐級別，所以導通狀態(tài)下?lián)p耗能量相對來說是比較少的

，但亦不能忽略

。使用示波器測量導通損耗，不建議使用電壓乘電流的積分的來計算

，因為示波器無法準確測量導通時微小電壓

。舉個例子，開關管通常關閉時電壓為500V

，導通時為100mV

，假設示波器的精度為±1‰（這是個非常牛的指標），最小測量精度為±500mV

，要準確測量100mV是不可能的

，甚至有可能測出來的電壓是負的（100mV-500mV）。

　　由于導通時的微小電壓

，無法準確測量

，所以使用電壓乘電流的積分的方法計算的能量損耗誤差會很大。相反

，導通時電流是很大的，所以能測量準確

，因此可以使用電流與導通電阻來計算損耗

，如下面公式：

　　Econd表示導通狀態(tài)的損耗能量

　　Pcond表示導通狀態(tài)的平均損耗功率（有功功率）

　　Id分別表示瞬時電流

　　Rds(on)表示開關管的導通電阻

，在開關管會給出該指標，如圖3所示

　　Ts表示開關周期

、t2表示導通狀態(tài)的開始時間與結束時間

　　圖3導通電阻與電流的關系

　　四

、開關損耗

　　開關損耗指的是總體的能量損耗，由導通過程損耗

、關閉過程損耗

、導通損耗組成，使用下面公式計算：

　　五

、開關損耗分析插件

　　高端示波器通常亦集成了開關損耗分析插件

，由于導通狀態(tài)電壓測量不準確，所以導通狀態(tài)的計算公式是可以修改的

，主要有三種：

　　●UI

，U和I均為測量值

　　●I2R，I為測量值

，R為導通電阻

，由用戶輸入Rds(on)

　　●UceI，I為測量值

，Uce為用戶輸入的電壓值

，用于彌補電壓電壓測不準的問題。

　　一般建議使用I2R的公式

，下圖是ZDS4000Plus的開關損耗測試圖

。

　　圖4開關損耗測試結果圖

　　六、總結

　　開關損耗測試對于器件評估非常關鍵

，通過專業(yè)的電源分析插件

，可以快速有效的對器件的功率損耗進行評估，相對于手動分析來說

，更加簡單方便

。對于MOSFET來說，I2R的導通損耗計算公式是最好的選擇

。

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