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怎么精确的丈量开关损耗

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?

一、开关损耗

因为开关管对错抱负型器材,其作业进程可区分为四种状况,如图1所示。“导通状况”表明开关管处于导通状况;“封闭状况”表明开关管处于封闭状况;“导通进程”是指开关管从封闭转化成导通状况;“封闭进程”指开关管从导通转化成封闭状况。一般来说,首要的能量损耗体现在“导通进程”和“封闭进程”,小部分能量体现在“导通状况”,而“封闭状况”的损耗很小简直为0,能够疏忽不计。

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图1  开关管四种状况区分

实践的丈量波形图一般如图2示。

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图2  开关管实践功率损耗测验

二、导通进程损耗

晶体管开关电路在转化进程中耗费的能量一般会很大,因为电路寄生信号会阻挠设备当即开关,该状况的电压与电流处于交变的状况,因而很难直接核算功耗,以往的做法,将电压与电流认为是线性的,这样能够经过求三角形的面积来大略核算损耗,但这是不行精确的。关于数字示波器来说,经过都会供给高档数学运算功用,因而能够运用下面的公式核算导通进程的损耗。

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Eon表明导通进程的损耗能量

Pon表明导通进程的均匀损耗功率(有功功率)

Vds、Id别离表明瞬时电压和电流

Ts表明开关周期

t0、t1表明导通进程的开端时刻与完毕时刻

封闭进程损耗

封闭进程损耗与导通进程损耗核算办法相同,区别是积分的开端与完毕时刻不同。

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Eoff表明封闭进程的损耗能量

Poff表明封闭进程的均匀损耗功率(有功功率)

Vds、Id别离表明瞬时电压和电流

Ts表明开关周期

t2、t3表明封闭进程的开端时刻与完毕时刻

三、导通损耗

导通状况下,开关管一般会流过很大的电流,但开关管的导通电阻很小,一般是毫欧等级,所以导通状况下损耗能量相对来说是比较少的,但亦不能疏忽。运用示波器丈量导通损耗,不主张运用电压乘电流的积分的来核算,因为示波器无法精确丈量导通时细小电压。举个比如,开关管一般封闭时电压为500V,导通时为100mV,假定示波器的精度为±1‰(这是个十分牛的目标),最小丈量精度为±500mV,要精确丈量100mV是不或许的,甚至有或许测出来的电压是负的(100mV-500mV)。

因为导通时的细小电压,无法精确丈量,所以运用电压乘电流的积分的办法核算的能量损耗差错会很大。相反,导通时电流是很大的,所以能丈量精确,因而能够运用电流与导通电阻来核算损耗,如下面公式:

1.png

Econd表明导通状况的损耗能量

Pcond表明导通状况的均匀损耗功率(有功功率)

Id别离表明瞬时电流

Rds(on)表明开关管的导通电阻,在开关管会给出该目标,如图3所示

Ts表明开关周期

t1、t2表明导通状况的开端时刻与完毕时刻

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图3  导通电阻与电流的联系

四、开关损耗

开关损耗指的是整体的能量损耗,由导通进程损耗、封闭进程损耗、导通损耗组成,运用下面公式核算:

1.png

五、开关损耗剖析插件

高端示波器一般亦集成了开关损耗剖析插件,因为导通状况电压丈量不精确,所以导通状况的核算公式是能够修正的,首要有三种:

UI,U和I均为丈量值

I2R,I为丈量值,R为导通电阻,由用户输入Rds(on)

UceI,I为丈量值,Uce为用户输入的电压值,用于补偿电压电压测禁绝的问题。

一般主张运用I2R的公式,下图是ZDS4000 Plus的开关损耗测验图。

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图4  开关损耗测验成果图

六、总结

开关损耗测验关于器材评价十分要害,经过专业的电源剖析插件,能够快速有用的对器材的功率损耗进行评价,相关于手动剖析来说,愈加简略便利。关于MOSFET来说,I2R的导通损耗核算公式是最好的挑选。

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