同步整流器與開(kāi)關(guān)MOS在功率電源的耗散

在大功率電源當中，MOS器件的消耗至關(guān)重要。其很有可能關(guān)系到電源的整體效率。在之前的文章中，小編為大家介紹了一些功率耗散的方法，在本文中，小編將為大家介紹同步整流器耗散與開(kāi)關(guān)MOSFET的耗散的相關(guān)知識。

同步整流器的耗散

對于除最大負載外的所有負載，在開(kāi)、關(guān)過(guò)程中，同步整流器的MOSFET的漏源電壓通過(guò)捕獲二極管箝制。因此，同步整流器沒(méi)有引致開(kāi)關(guān)損耗，使其功率耗散易于計算。需要考慮只是電阻耗散。

最壞情況下?lián)p耗發(fā)生在同步整流器負載系數最大的情況下，即在輸入電壓為最大值時(shí)。通過(guò)使用同步整流器的RDS(ON)HOT和負載系數以及歐姆定律，就可以計算出功率耗散的近似值：

PDSYNCHRONOUSRECTIFIER=[ILOAD2×RDS(ON)HOT]×[1>-)]

開(kāi)關(guān)MOSFET的耗散

開(kāi)關(guān)MOSFET電阻損耗的計算與同步整流器的計算相仿，采用其(不同的)負載系數和RDS(ON)HOT：PDRESISTIVE=[ILOAD2×RDS(ON)HOT]×(VOUT/VIN)

由于它依賴(lài)于許多難以定量且通常不在規格參數范圍、對開(kāi)關(guān)產(chǎn)生影響的因素，開(kāi)關(guān)MOSFET的開(kāi)關(guān)損耗計算較為困難。在下面的公式中采用粗略的近似值作為評估一個(gè)MOSFET的第一步，并在以后在實(shí)驗室內對其性能進(jìn)行驗證：PDSWITCHING=(CRSS×VIN2×fSW×ILOAD)/IGATE。

其中CRSS為MOSFET的反向轉換電容(一個(gè)性能參數)，fSW為開(kāi)關(guān)頻率，而IGATE為MOSFET的啟動(dòng)閾值處(柵極充電曲線(xiàn)平直部分的VGS)的MOSFET柵極驅動(dòng)的吸收電流和的源極電流。

一旦根據成本(MOSFET的成本是它所屬于那一代產(chǎn)品的非常重要的功能)將選擇范圍縮小到特定的某一代MOSFET，那一代產(chǎn)品中功率耗散最小的就是具有相等電阻損耗和開(kāi)關(guān)損耗的型號。若采用更小(更快)的器件，則電阻損耗的增加幅度大于開(kāi)關(guān)損耗的減小幅度。

而采用更大[RDS(ON)低]的器件中，則開(kāi)關(guān)損耗的增加幅度大于電阻損耗的減小幅度。

如果VIN是變化的，必須同時(shí)計算在VIN(MAX)和VIN(MIN)處的開(kāi)關(guān)MOSFET的功率耗散。MOSFET最壞情況下功率耗散將出現在最小或最大輸入電壓處。耗散為兩個(gè)函數的和：在VIN(MIN)(較高的負載系數)處達到最大的電阻耗散，和在VIN(MAX)(由于VIN2的影響)處達到最大的開(kāi)關(guān)耗散。最理想的選擇略等于在VIN極值的耗散，它平衡了VIN范圍內的電阻耗散和開(kāi)關(guān)耗散。

如果在VIN(MIN)處的耗散明顯較高，電阻損耗為主。在這種情況下，可以考慮采用較大的開(kāi)關(guān)MOSFET，或并聯(lián)多個(gè)以達到較低的RDS(ON)值。但如果在VIN(MAX)處的耗散明顯較高，則可以考慮減小開(kāi)關(guān)MOSFET的尺寸(如果采用多個(gè)器件，或者可以去掉MOSFET)以使其可以更快地開(kāi)關(guān)。

如果所述電阻和開(kāi)關(guān)損耗平衡但還是太高，有幾個(gè)處理方式：

改變題目設定。例如，重新設定輸入電壓范圍;改變開(kāi)關(guān)頻率，可以降低開(kāi)關(guān)損耗，且可能使更大、更低的RDS(ON)值的開(kāi)關(guān)MOSFET成為可能;增大柵極驅動(dòng)電流，降低開(kāi)關(guān)損耗。MOSFET自身最終限制了柵極驅動(dòng)電流的內部柵極電阻，實(shí)際上局限了這一方案;采用可以更快同時(shí)開(kāi)關(guān)并具有更低RDS(ON)值和更低的柵極電阻的改進(jìn)的MOSFET技術(shù)。

由于元器件選擇數量范圍所限，超出某一特定點(diǎn)對MOSFET尺寸進(jìn)行精確調整也許不太可能，其底線(xiàn)在于MOSFET在最壞情況下的功率必須得以耗散。

本文主要為大家介紹了在大功率電源當中MOS器件耗散的兩種方式。通過(guò)對這兩種方式的講解，詳細大家都能夠對其中的一些關(guān)鍵點(diǎn)理解透徹。在之后的內容中，小編將繼續為大家帶來(lái)更多相關(guān)內容，請持續關(guān)注電源的更多技術(shù)文章。