直流/直流稳压器部件的开关损耗

欢迎回到直流/直流转换器数据表系列。鉴于在上一篇文章中我介绍了系统效率方面的内容，在本文中，我将讨论直流/直流稳压器部件的开关损耗，从第1部分中的图3（此处为图1）开始：VDS和ID曲线随时间变化的图像。


让我们先来看看在集成高侧MOSFET中的开关损耗。在每个开关周期开始时，驱动器开始向集成MOSFET的栅极供应电流。从第1部分，您了解到MOSFET在其终端具有寄生电容。在首个时段（图1中的t1），源极电压（VGS）正接近MOSFET的阈值电压，VTH和漏电流为零。因此，在此期间的功率损耗为零。在t2时段，MOSFET的寄生输入电容（CISS）开始充电，而漏极电流开始流经MOSFET，呈线性增加。对降压拓扑结构来讲，该电流是负载电流，而漏源电压（VDS）是输入电压（VIN）。因此，在第二个时段（t2），功率损耗可通过等式1表示：

MOSFET的输入寄生电容冲完电后，负载电流流经MOSFET，而VDS开始下降。这一时间也被称为“米勒时刻”，因为这一时间主要是为密勒电容（CGD）充电。在米勒时刻期间，漏极电流在IOUT端是恒定的，而VDS从VIN开始下降。在这段时间内的功率损耗通过等式2表示：

在等式3中加上总开关损耗的结果：

注意，在图1中，t2比第三个时段（t3）短得多。因此，在这些等式中，你可以估算在t3时段中的损耗。在一个时段这些有限的过渡时间会出现两次：MOSFET导通（为寄生电容充电）时出现一次，而当它关闭（为寄生电容放电）时出现一次。因此，在这两种情况下估算时间t3作为MOSFET的上升和下降时间，您可使用等式4估算开关损耗：

开关损耗取决于频率和输入电压。因此，输入电压和开关频率较高时，总效率相对降低。在轻负载时，LM2673非同步降压稳压器进入非连续导通模式。在此模式下，该设备仍保持开关频率。在每一个周期，功率仍在集成电路（IC）内部消散。因此，即使导通损耗在轻负载时并非一个因素，但由于一直存在开关损耗，设备的效率会受到影响。并且由于传递到输出的平均功率很低，因此该装置的总效率也会较低。
SIMPLE SWITCHER®系列新型稳压器现配备脉冲频率调制（PFM）技术，在负载降低时，其会降低开关频率。这样可以使稳压器保持高效率，直到负载降低极低的程度或无负载。
由于LM2673属于非同步设备，它具有一个在MOSFET关断时被正向偏置的箝位二极管。非零渡越时间的原则也同样适用于该箝位二极管。但二极管的电压摆动刚从接地摆向二极管的正向电压降（VF），此时在二极管中的开关损耗可忽略不计。您也可以忽略电感磁心的开关损耗，因为如LM2673的SIMPLE SWITCHER稳压器的开关频率相对较低，仅为250 kHz。
在本系列的下一篇（也是最后一个）文章中，我将讨论MOSFET和直流/直流稳压器电路的无源部件的导通损耗，并列出一个等式来计算总损耗和产生的效率。