理论教育 开关管损耗分析与计算方法

开关管损耗分析与计算方法

时间:2023-06-16 理论教育 版权反馈
【摘要】:设计采用的驱动电压Ugs=15V,查阅开关管FQPF8N60C规格书可知其总驱电量Qg=28nC,得其驱动损耗为Pgs=UgsQgfs=15×28×10-9×105W=0.042W6.输出损耗输出损耗是指MOSFET输出电容在开关管截止期间存储的能量,导通期间在漏源极释放所形成的损耗。查阅MOSFET开关管FQPF8N60C的输出电容Coss=105pF,其输出损耗为综上所述,开关管Q1总损耗为PQ1=W≈1.655W开关管Q2、Q3损耗分析计算过程与开关管Q1类似,在此不再赘述。

开关管损耗分析与计算方法

1.导通损耗

导通损耗是指MOSFET完全开启后,漏源电流在其导通电阻上产生压降所造成的损耗。经过对图9-27样机电路的实际测量,电路工作频率fs=100kHz,流经变压器绕组Np峰值电流Ip=2A,占空比D1=0.15,进而可得,IDS(on)rms=0.447A。开关管Q1采用的型号为FQPF8N60C,该开关管漏源导通电阻RDS(on)=1.2Ω(50℃),求得开关管导通损耗为

Pon=I2DSon)rmsRDS(on)=0.4472×1.2W≈0.240W

2.截止损耗

截止损耗是指MOSFET完全截止后,在漏源电压应力下产生漏源电流所造成的损耗。实测得到开关管截止时所承受的漏源电压UDS(off)=360V,根据规格书提供的参数,可知此时IDSS=10μA,故开关管截止损耗为

Poff=UDS(off)IDSS(1-D1)=360×10×10-6×(1-0.15)W=0.00306W

3.开通损耗

开通损耗是指MOSFET开启过程中逐渐下降的漏源电压与逐渐上升的漏源电流交叉重叠所造成的损耗,如图10-2所示。

当开关管Q1从关断状态转向开通状态时,实测此时漏源极电压UDS(off-on)=195V,流经变压器绕组Np峰值电流Ip=2A,上升时间tr=60ns,得其开通损耗为

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4.关断损耗

关断损耗是指MOSFET关断过程中逐渐上升的漏源电压与逐渐下降的漏源电流交叉重叠所造成的损耗。实测此阶段开关管Q1承受的漏源极电压UDS(on-off)=360V,下降时间tf=65ns,得其关断损耗为

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5.驱动损耗

驱动损耗是指MOSFET栅极接受驱动电路的驱动所产生的损耗。设计采用的驱动电压Ugs=15V,查阅开关管FQPF8N60C规格书可知其总驱电量Qg=28nC,得其驱动损耗为(www.daowen.com)

Pgs=UgsQgfs=15×28×10-9×105W=0.042W

6.输出损耗

输出损耗是指MOSFET输出电容在开关管截止期间存储的能量,导通期间在漏源极释放所形成的损耗。查阅MOSFET开关管FQPF8N60C的输出电容Coss=105pF,其输出损耗为

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综上所述,开关管Q1总损耗为

PQ1=(0.240+0.00306+0.39+0.780+0.042+0.200)W≈1.655W

开关管Q2、Q3损耗分析计算过程与开关管Q1类似,在此不再赘述。唯一不同是开关管Q2从关断状态转向开通状态时,由于实现了零电流零电压开通,故不存在开通损耗。

开关管Q2总损耗为

PQ2=1.081W+0.0019W+0.638W+0.0615W+0.0725W=1.855W

开关管Q3总损耗为:

PQ3=0.058W+0.00252W+0.552W+0.420W+0.0675W+0.463W=1.563W

根据9.3节电路工作原理的分析,输入功率pin输出功率po的关系分为pinpopinpo两种功率条件,并使得在一个工频周期内只有两个开关管动作。其中开关管Q2和开关管Q3轮流导通,分别按60%和40%的工频周期工作,故开关管Q1、Q2、Q3总损耗为

P=1.655W+1.563×0.4W+1.855×0.6W=3.393W

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