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准确测量开关损耗

时间:2019-06-27 来源: 关键字:功率   测量   

一个高质量的开关电源效率高达95%,而开关电源的损耗大部分来自开关器件(MOSFET和二极管),所以正确的测量开关器件的损耗,对于效率分析是非常关键的。那我们该如何准确测量开关损耗呢?

开关损耗

由于开关管是非理想型器件,其工作过程可划分为四种状态,如图1所示。“导通状态”表示开关管处于导通状态;“关闭状态”表示开关管处于关闭状态;“导通过程”是指开关管从关闭转换成导通状态;“关闭过程”指开关管从导通转换成关闭状态。一般来说,主要的能量损耗体现在“导通过程”和“关闭过程”,小部分能量体现在“导通状态”,而“关闭状态”的损耗很小几乎为0,可以忽略不计。

 

 

图1 开关管四种状态划分

 

 

图2 开关管实际功率损耗测试

导通过程损耗

晶体管开关电路在转换过程中消耗的能量通常会很大,因为电路寄生信号会阻止设备立即开关,该状态的电压与电流处于交变的状态,因此很难直接计算功耗,以往的做法,将电压与电流认为是线性的,这样可以通过求三角形的面积来粗略计算损耗,但这是不够准确的。对于数字示波器来说,通过都会提供高级数学运算功能,因此可以使用下面的公式计算导通过程的损耗。

 

 

Eon表示导通过程的损耗能量;

Pon表示导通过程的平均损耗功率(有功功率);

Vds、Id分别表示瞬时电压和电流;

Ts表示开关周期;

t0、t1表示导通过程的开始时间与结束时间。

关闭过程损耗

关闭过程损耗与导通过程损耗计算方法相同,区别是积分的开始与结束时间不同。

 

 

Eoff表示关闭过程的损耗能量;

Poff表示关闭过程的平均损耗功率(有功功率);

Vds、Id分别表示瞬时电压和电流;

Ts表示开关周期;

t2、t3表示关闭过程的开始时间与结束时间。

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