基于電感開關電源的功率開關功耗

    在低開關頻率或低功率下，對SMPS MOSFET的功率損耗起決定作用的是RDS(ON)，其它非理想參數的影響通常很小，可忽略不計。而在高開關頻率下，這些動態特性將受到更多關注，因為這種情況下它們是影響開關損耗的主要原因。

    MOSFET柵極類似于電容極板，對柵極提供一個正電壓可以提高溝道的場強，產生低導通電阻路徑，提高溝道中的帶電粒子的流通。

    對SMPS的柵極電容充電將消耗一定的功率，斷開MOSFET時，這些能量通常被消耗到地上。這樣，除了消耗在MOSFET導通電阻的功率外，SMPS的每一開關周期都消耗功率。顯然，在給定時間內柵極電容充放電的次數隨開關頻率而升高，功耗也隨之增大。開關頻率非常高時，開關損耗會超過MOSFET導通電阻的損耗。

    隨著開關頻率的升高，MOSFET的另一顯著功耗與MOSFET打開、關閉的過渡時間有關。在功率損耗曲線下方，開關轉換期間的功耗比MOSFET導通時的損耗大。由此可見，功率損耗主要發生在開關狀態轉換時，而不是MOSFET開通時。

    MOSFET的導通和關斷需要一定的過渡時間，以對溝道充電，產生電流或對溝道放電，關斷電流。MOSFET參數表中，這些參數稱為導通上升時間和關斷下降時間。對指定系列中，低導通電阻MOSFET對應的開啟、關斷時間相對要長。當MOSFET開啟、關閉時，溝道同時加有漏極到源極的電壓和導通電流，其乘積等于功率損耗。三個基本功率是：

    P = I*E

    P = I2*R

    P = E2/R

    對上述公式積分得到功耗，可以對不同的開關頻率下的功率損耗進行評估。

    MOSFET的開啟和關閉的時間是常數，當占空比不變而開關頻率升高時，狀態轉換的時間相應增加，導致總功耗增加。例如，考慮一個SMPS工作在50%占空比500kHz，如果開啟時間和關閉時間各為0.1祍，那么導通時間和斷開時間各為0.4祍。如果開關頻率提高到1MHz，開啟時間和關閉時間仍為0.1祍，導通時間和斷開時間則為0.15祍。這樣，用于狀態轉換的時間比實際導通、斷開的時間還要長。

    可以用一階近似更好地估計MOSFET的功耗，MOSFET柵極的充放電功耗的一階近似公式是：

    EGATE = QGATE×VGS,

    QGATE是柵極電荷， VGS是柵源電壓。

    在升壓變換器中，從開啟到關閉、從關閉到開啟過程中產生的功耗可以近似為：

    ET = (abs[VOUT - VIN]×ISW×t)/2

    其中ISW是通過MOSFET的平均電流（典型值為0.5IPK），t是MOSFET參數表給出的開啟、關閉時間。

    MOSFET完全導通時的功耗（傳導損耗）可近似為：

    ECON = (ISW)2 ×RON×tON,

    其中RON是參數表中給出的導通電阻，tON是完全導通時間（tON= 1/2f，假設最壞情況50%占空比）。
考慮一個典型的A廠商的MOSFET：

    RDSON = 69mW

    QGATE = 3.25nC

    tRising = 9ns

    tFalling = 12ns