開關損耗計算

1、CCM 模式開關損耗

CCM 模式與 DCM 模式的開關損耗有所不同。先講解復雜 CCM 模式，DCM 模式很簡單了。

1.1 導通時的開關損耗

CCM 模式下，開關的導通時的電流與電壓波形如圖 1 所示。

根據數據給出的原理：當MOS 管接感性負載時，當電流變化時，電壓保持不變；當電壓變化時，電流保持不變。所以可以利用電流的平均值、電壓的平均值來計算MOS 管的導通時的開關損耗平均值，可得開關導通時的開關損耗為：

使用積分計算方法的如下：

1.1.1 CCM 下反激式開關電源損耗公式

電流的確定

先讓我們回顧一下 CCM 模式下輸入電感的電流波形，如圖 2 所示。

由圖 2 可知：I2 為MOS 管導通時的電流，I3 為MOS 管的最大電流。眾所周知，反激式開關電源導通的轉換時間是納秒級的，而導通時間是微秒級的，所以導通時的開關損耗公式中的I4=I2。

Vds 電壓的確定

反激電路框圖如圖 3 所示。

在確定 Vds 電壓之前，需要確定幾點原則：

（1）變壓器中有能量時，輸入繞組、輸出繞組至少有一個有電流流過或者兩個都有（電流是變壓器有能量的表現）；

（2）輸出二極管導通是需要電壓的，也就是輸出繞組的電壓必須上升到Vo+Vf；

（3）電感電流不能突變。

由于電感電流不能突變，輸出繞組必須維持D1 導通的電壓來使電流迅速下降，然后才是輸出繞組電壓方向。所以導通轉換過程中Vds=Vin+Vor。CCM 模式下，反激電源中MOS管導通時的開關損耗公式為：

Vor 為初級繞組上的反射電壓。

再次申明：CCM 模式下的反激式電源，MOS 管導通時的開關損耗計算公式中電壓為（Vin+Vor），而電流為最小電流I2。

1.2 關斷時的開關損耗

關斷轉換過程中的電壓電流波形如圖 4 所示。

根據數據給出的原理：當MOS 管接感性負載時，當電流變化時，電壓保持不變；當電壓變化時，電流保持不變。所以可以利用電流的平均值、電壓的平均值來計算MOS 管的關斷時的開關損耗平均值，可得開關關斷時的開關損耗為：

與前面計算開關導通時的開關損耗非常相識，看確有本質的不同。

1. 電流

在正常的反激式開關電源設計中，開關電源導通的轉換時間是納秒級的，而導通時間是微秒級的，所以導通時的開關損耗公式中的Id=I3（電流I3 如圖 2 所示）。

2. 電壓Vds

先上一個反激式漏極尖峰電壓吸收電路，如圖 5 所示，其中的紅色部分。

在確定 Vds 電壓之前，需要確定幾點原則：

（1）變壓器中有能量時，輸入繞組、輸出繞組至少有一個有電流流過或者兩個都有（電流是變壓器有能量的表現）；

（2）輸出二極管導通是需要電壓的，也就是輸出繞組的電壓必須上升到Vo+Vf；

（3）電感電流不能突變。

有上面的三原則可知，輸出繞組的電壓先上升至Vo，然后輸出整流管D1 導通，這個時候初級的電感電流急劇下降，輸出繞組電流相應上升。而初級漏感尖峰電壓上升速度比納秒級還小，所以可以得出：開關關斷過程損耗計算公式中電壓應該為輸入電壓、電容C 兩端電壓之和。

Vc 為電壓尖峰電路中電容的吸收電壓，其中不僅包含反射電壓，還有漏感導致的尖峰電壓。I3 是輸入電感上面的峰值電流。

2. DCM 模式的開關損耗

DCM 模式是幾乎沒有導通轉換的交越階段損耗，因為這個時候的輸入電流幾乎是為零的。但是還是有關斷交越階段的損耗，這個與前面的 CCM 模式下的一樣。

審核編輯：湯梓紅