文章目录

---

前言

        之气写过一篇超级详细的MOSFET的损耗计算过程，比较繁琐，不利于初级工程师的理解，今天这篇文章，我将用估算的方式讲解MOSFET的损耗计算过程，希望能给大家带来帮助。

---

提示：以下是本篇文章正文内容，下面案例可供参考

一、为什么要计算MOSFET的损耗？

        无论是在开关电源领域还是其它的应用场景下，效率都是设计时关注的一个重要的参数。效率的计算公式是：

         那么如何提高效率呢？很明显Pin输入功率是一定的，那么提高Pout，减小中间损耗是提高效率的关键步骤。对于一个开关电源来说，减小MOSFET的能量损耗，对DCDC整体效率的提升具有重要意义。

二、MOSFET的损耗如何计算？

1.MOSFET的损耗三部分

        MOSFET的三部曲包含：（1）开关损耗  （2） 导通损耗  （3） 驱动损耗，想必看过我上一篇文章的小伙伴都了解了，在开始计算之前呢，先回顾几个之前学过的概念和公式。

        频率：单位时间内的次数，称之为频率，用字母f标识。

        功率：单位时间内消耗的能量，称之为功率，用字母P表示。

P=I^2*R或者P=U*I

        能量：功率在一定时间内做的功，称之为能量，用字母W表示。

                    P是定值时：

W=P*t

                    P是对t的函数时：

        电流与电荷量之间的关系： 

 

        I：电流  Q：电荷量   t：时间 

         有了上面的概念和公式，下面开始进行计算。

2.MOSFET功耗计算

         开关过程的介绍可以参考另一篇原创文章：
(48条消息) MOSFET的开启过程详细讲解_探索硬件之路的博客-CSDN博客https://blog.csdn.net/qq_24118431/article/details/121712154（一）开关损耗

　　　我们关注一下VDS和ID这两个参数，从图中可以看出：

　　　　🌂在t2阶段，VDS是一个定值，ID可以等效看成一个随时间变化的斜率为正数的一次函数，那么P=VDS*ID就可以等效为在ID函数的基础上乘以一个系数。

               🌂在t3阶段，反过来了，ID是一个定值，VDS可以等效看成一个随时间变化的斜率为负数的一次函数，那么同样P=VDS*ID就可以等效为在VDS函数的基础上乘以一个系数。

              总结：

                        ♦首先说明一下，为啥只关注t2和t3阶段？因为只有在这两个阶段，VDS和ID才会重叠，也就是说这两者均比较大，所以乘积比较大，也就是功率损耗比较大。t1阶段ID几乎为零，虽然VDS很大，但是乘积几乎为零；t4阶段，VDS几乎为零，虽然ID很大，但是乘积会很小。

                        ♦我们把两个时间阶段合并在一起，就出现了神奇的下图。功率P与时间的一个函数是一个三角形，那么三角形围成的面积就是t2-t3阶段的能量了。

                        那么如何算开关损耗的功率呢？前面我们提到过功率的概念，想必都已经会算了吧，那就是单次的能量乘以频率:

                那么又有人会问了，那t2和t3的时间如何确认呢？一般Datasheet不会直接给出Qgs1和Qgs2的值，会给一个Qgs整体的值。对于t2我们可以反推一下。

                首先，Cgs=Ciss-Crss，在t2时间段内，Cgs电压从VGS(th)上升到VGS(pl)，利用C=Q/U公式，可以计算出Qgs2=Cgs*(VGS(pl)-VGS(th))，然后t2=Qgs2/I，注：I是横流源

                对于Qgd，datasheet一般是给出值的，所以，t3=Qgd/I，此处电流I同上，均为同一大小恒流源。到此，开关损耗Ps已经计算完成。

---

 （二）导通损耗

                 导通损耗就比较简单了，计算公式如下：

                 I：MOSFET完全导通后的电流值，上图中t3→t4阶段的电流大小

                R：MSOFET完全导通后的Rds值，上图中t4阶段的Rds，也称Rds(on)

 （三）驱动损耗

                 驱动损耗Pd，顾名思义就是MSOFET的驱动电路驱动MOSFET打开损失的能量。想象一下，驱动电路在MOSFET打开期间，提供了的所有电荷量为Qg(tol)，总功率计算如下：

                 注解：P=U(I*t)*f，也就是能量W=U*I*t，在驱动MOSFET开启的过程中，此阶段损耗很小，一般忽略不计。

总结

        以上就是今天要讲的内容，本文通过估算的方式计算了MOSFET的损耗，且加入了一些文字注解，帮助大家理解公式。理解了其中的原理，比掌握了计算公式更重要。想要讨论并钻研硬件知识的小伙伴可以加群，一起讨论。如二维码过期，可添加微信号：FH-YY-QING