BUCK型开关电源中的损耗与效率的计算
buck电路 开关损耗 开关频率 导通损耗
buck电路开关损耗开关频率导通损耗【深入探究Buck电路的开关损耗与导通损耗】1. 引言：Buck电路是一种常用的降压型DC-DC转换器，广泛应用于各种电子设备中。
Buck电路通过开关频率的控制，将高压输入电源转换为所需的低压输出电源。
然而，在Buck电路的工作过程中，会产生开关损耗与导通损耗，这两种损耗对电路的效率和性能有重要影响。
2. 开关损耗：开关损耗是指在Buck电路的开关元件（如MOSFET）开关过程中产生的能量损耗。
在每个开关周期内，当MOSFET从导通状态切换到关断状态时，会出现导通损耗和关断损耗。
导通损耗主要由MOSFET的导通电阻和开关电压之间的功率损耗导致，关断损耗则是由于MOSFET在关断过程中的开关电压和关断电流之间的功率损耗引起。
3. 导通损耗：导通损耗是指在Buck电路的开关元件导通状态下产生的能量损耗。
当MOSFET处于导通状态时，会因为导通电阻而产生功率损耗。
导通电阻主要受到MOSFET的导通电阻和电流大小的影响，通过减小导通电阻和控制合理的电流大小，可以降低导通损耗。
4. 开关频率：在Buck电路中，开关频率的选择对开关损耗和导通损耗有着重要的影响。
较高的开关频率可以减少每个开关周期的时间，从而降低了开关损耗；而较低的开关频率则能减少开关元件切换的频率，降低导通损耗。
在选择开关频率时，需要权衡开关损耗和导通损耗之间的关系，以达到最佳的效果。
5. 个人观点和理解：Buck电路的开关损耗与导通损耗是在电路设计中需要重视的问题。
通过合理选择开关频率，能够在一定程度上平衡这两种损耗，从而提高Buck电路的效率和性能。
为了降低开关损耗，可以采用功率金属氧化物半导体场效应管（MOSFET）来替代传统的二极管开关，因为MOSFET具有更低的导通电阻。
选择合适的开关频率也是关键，需考虑电路工作条件和所需的输出电压范围。
通过精心设计和优化Buck电路，在保证稳定输出电压的前提下，可以最大程度地降低开关损耗和导通损耗，提高电路效率和性能。
buck mos管开通关断损耗计算公式
buck mos管开通关断损耗计算公式Buck MOS管是一种常见的功率开关器件，广泛应用于电力电子领域。
在使用过程中，我们经常需要计算其开通关断损耗，以评估器件的性能和效率。
本文将介绍关于Buck MOS管开通关断损耗计算的公式和相关知识。
一、Buck MOS管的工作原理Buck MOS管是一种由金属氧化物半导体材料制成的场效应管。
它具有良好的导电特性和控制性能，适用于高频开关电源和DC/DC 变换器等应用场合。
Buck MOS管的工作原理可简单描述为：当控制信号施加在栅极上时，栅极与源极之间的电场会改变沟道的导电特性，从而控制电流的流动。
当栅极施加正向电压时，电场会吸引电子到沟道中，使其导电；当栅极施加负向电压时，电场会阻挡电子流动，使其截断。
二、开通损耗的计算公式开通损耗是指在MOS管开通过程中，由于电流流动而产生的功率损耗。
开通损耗的计算公式如下：P_on = (V_in - V_out) * I_out其中，P_on为开通损耗，V_in为输入电压，V_out为输出电压，I_out为输出电流。
该公式的计算基于以下假设：忽略了开关管的导通电阻和开关管的内部电源电压降。
三、关断损耗的计算公式关断损耗是指在MOS管关断过程中，由于电流截断而产生的功率损耗。
关断损耗的计算公式如下：P_off = V_out * I_out其中，P_off为关断损耗，V_out为输出电压，I_out为输出电流。
同样地，该公式的计算也基于了忽略了开关管的导通电阻和开关管的内部电源电压降。
四、开通关断损耗的影响因素开通关断损耗的大小取决于多个因素，如输入电压、输出电压、输出电流、开关频率等。
1. 输入电压和输出电压：开通损耗与输入电压和输出电压之间的差异成正比，而关断损耗则仅与输出电压成正比。
2. 输出电流：开通损耗和关断损耗都与输出电流成正比。
当输出电流增大时，开通关断的功率损耗也会增加。
3. 开关频率：开通关断损耗与开关频率成正比。
开关电源的设计及计算
开关电源的设计及计算1.先计算BUCK 电容的损耗（电容的内阻为R buck 假设为350m Ω，输入范围为85VAC~264VAC,频率为50Hz ，P OUT =60W,V OUT =60W ）：电容的损耗：P buck =R buck *I buck,rms 2I buck,rms =I in,min1**32−cline t F t c :二极管连续导通的时间t c =linelineF VpeakV e F **2)min(arcsin *41π−=3ms其中：V min =linein ch in in in F C D P V V *)1(***2min ,min ,−−V peak =2*V in,min其图中的T1就是下面公式中t c或：V min =η*)*21(**2**2min ,min ,in c line o in in C t F P V V −−所以(假设最低输入电压时，输入电流=0.7A)：I buck,rms =I in,min1**32−cline t F =0.7*13*50*32−=1.3A P buck =350m*1.32=0.95W第一步计算电容损耗是为了使用其中的t c 值,电容的容量一般通用范围选2~3μ/W ，固定电压为1μ/W2.输入交流整流桥的计算(假设V TO =0.7V,R d =70m Ω)在同一个时间内有两个二极管同时导通，半个周期内两个二极管连续导通I d,rms =c line in t F I **3min ,=m3*50*37.0=1.04AP diodes =2*(V TO *2min ,in I +R d *I d,rms 2)=2*(0.7*27.0+70m*1.042)=640mW 一个周期内桥堆损耗为:P BR=2*P diodes =2*640m=1.28W桥堆功耗超过1.5W 时，我个人认为应加散热器（特别是电源的使用环境温度较高时）变压器和初级开关MOS ：反激式开关电源有两种模式CCM 和DCM ，各有优缺点。
buck电路 开关损耗 开关频率 导通损耗
标题：深度剖析Buck电路中的开关损耗与导通损耗在电源系统中，Buck电路是一种常见的降压开关电源，其工作稳定、效率高、成本低，因而受到了广泛的应用。
然而，在实际应用中，Buck电路的开关损耗和导通损耗是影响其效率和稳定性的重要因素。
本文将全面探讨Buck电路中的开关损耗和导通损耗，从简单到深入地剖析其原理和影响因素。
1. 核心概念Buck电路是一种电源降压转换器，通过开关管（MOSFET）的开关动作，将输入电压转换为输出电压。
在其工作过程中，开关管的导通和关断会产生开关损耗和导通损耗。
2. 开关损耗开关损耗是由开关管的导通和关断动作引起的能量损失。
主要包括导通时的通态损耗和关断时的反向恢复损耗。
导通时，开关管处于导通状态，存在导通电压降和导通电流，由此产生的功率损耗即为通态损耗；而在关断过程中，由于开关管内外部电感和电容的能量存储和释放，产生反向恢复损耗。
3. 导通损耗在Buck电路中，导通损耗是由开关管和二极管的导通引起的能量损耗。
在导通状态下，由于开关管和二极管内阻的存在，以及导通时的通态电压降和导通电流，会产生导通损耗。
4. 影响因素开关频率是影响Buck电路开关损耗和导通损耗的关键因素之一。
较高的开关频率会减小开关管和二极管的导通和关断时间，从而减小损耗。
然而，较高的开关频率也会导致开关管和二极管的开关损耗增加。
5. 个人观点在实际应用中，合理设计Buck电路的开关频率和开关管、二极管的参数是至关重要的。
在追求高效率和稳定性的需要综合考虑开关损耗和导通损耗，以达到最佳的性能和成本效益。
总结通过本文对Buck电路中的开关损耗和导通损耗的深入剖析，我们了解到了其工作原理和影响因素。
在实际应用中，我们应该综合考虑开关频率、开关管、二极管的参数等因素，以最大程度地降低损耗、提高效率和稳定性。
结语Buck电路中的开关损耗和导通损耗是影响其性能的重要因素，我们需要深入理解和合理设计，以应对不同的应用场景和要求。
buck电路参数计算公式
buck电路参数计算公式
Buck电路参数计算公式
Buck电路，也称为升压型开关电源，是一种电源管理技术，可以将输入电压转换为较低的输出电压，以满足特定应用的电源要求。
它主要由转换器模块，滤波模块，电源模块和控制模块组成。
当设计Buck电路时，需要知道设计参数，以便获得最佳的系统性能。
计算Buck电路参数的基本公式如下：
1、输出电压：Vout=Vin*D，其中D为降压系数，即输出电压与输入电压之比；
2、转换器电阻：Rcon=Vin/Iout，其中Iout为转换器输出电流；
3、滤波电容：Cf=Iout/ (Vin * f * 2 * pi)，其中f为转换器频率；
4、输出电流：Iout=Vin/Rcon；
5、电压调节率：VAR=(Vin-Vout)/Vout；
6、输入电流：Iin=Iout/D；
7、输入功率：Pin=Vin*Iin；
8、输出功率：Pout=Vout*Iout。
以上是计算Buck电路参数的基本公式，但实际情况比较复杂，应根据实际应用情况进行完善。
在设计Buck电路时，需要根据实际应用环境，以及系统要求，确定输入电压，输出电压，电流，功率等参数，并结合上述公式，按照正确的设计流程，进行系统的设计，以最大程度满足应用的要求。
buck电路开关损耗计算
buck电路开关损耗计算
Buck电路是一种常用的直流-直流（DC-DC）转换器，用于将输入电压降低到所需的输出电压。
在Buck电路中，开关损耗是一个重要的考虑因素，它会影响电路的效率。
开关损耗主要由两部分组成：开通损耗（Turn-on Loss）和关断损耗（Turn-off Loss）。
开通损耗发生在开关从关断状态转换到开通状态时，而关断损耗发生在开关从开通状态转换到关断状态时。
开通损耗和关断损耗的计算通常涉及到开关的电压和电流波形，以及开关的转换时间。
然而，为了简化计算，我们可以使用一种近似方法，即假设开关的电压和电流波形是矩形的。
在这种近似方法下，开通损耗（E_on）和关断损耗（E_off）可以分别用以下公式计算：
E_on = I_avg * V_in * t_on
E_off = I_avg * V_out * t_off
其中：
I_avg 是开关的平均电流。
V_in 是输入电压。
V_out 是输出电压。
t_on 是开通时间。
t_off 是关断时间。
总开关损耗（E_total）则是开通损耗和关断损耗之和：
E_total = E_on + E_off
请注意，这些公式仅适用于简化的近似计算，并且假设了电压和电流波形是矩形的。
在实际应用中，开关损耗的计算可能需要更复杂的模型和方法。
此外，还需要注意，开关损耗只是Buck电路总损耗的一部分。
其他损耗还包括导通损耗、电感损耗和电容损耗等。
因此，在计算电路的总效率时，需要综合考虑所有损耗。
buck计算公式
电感峰值电流Ipk
1.65486111A
伏秒数Et
buck设计 最大输出功率Po： 效率η 输入功率Pin 最大输入电压Vin： 输出电压Vo 输出电流Io 开关频率F T 电感在开关开启电压VON 电感在开关关闭电压VOFF 最小占空比D 电感的平均电流IL 电流纹波率r 电感量L 峰峰电流IPP＝Δ I 纹波电流I导说明(所有计算在连续模式下，断 IL不同,更接 公式推导说明 续模式的计算不同） 近实际
Δ I＝V×Δ T/L 0.23925A =VON×tON/L＝VOFF×tOFF/L 0.119625A IPK＝IDC＋IAC＝（1＋r/2）×IDC ＝（1＋r/2）×IL 1.119625A ＝（1＋r/2）×Io/（1－D） =（1＋r/2）×Io*Vo/VIN 2.3925uS Et＝Von*Ton＝Voff*Toff＝VonD/f＝Voff （1-D）/f
备注
3.3W 90.00% 3.66666667W 12V 最大值时最恶劣 3.3V 1A 1000000Hz 1000KHz 1uS 8.7V VON＝VIN－Vo－VSW≈VIN－Vo 3.3V VOFF＝Vo＋VD≈Vo D＝tON/（tON＋tOFF） 0.275 ＝VOFF/（VOFF ＋VON） 1A IDC＝IL＝Io 0.23925 10uH r＝Δ I/ IL ＝VON*D/Lf IL＝VOＦＦ*（1－D）/LfIL L＝VOＦＦ×（1－D）/rf IL＝VON×D/rfIL 1.11111111A 直流电流IDC＝IL＝Po/（η VinD） 0.97875 2.2uH 1.0875A 0.54375A 都是基于电感的公式 V=L*dI/dt V=L*Δ I/Δ t V*Δ t=L*Δ I Von*Ton=Voff*Toff 加入效率，实质是将输出电流 Io/η
BUCK型开关电源中的损耗与效率的计算
在BUCK型开关电源中，如果没有损耗，那效率就是100%，但这是不可能的，BUCK型开关电源中主要的损耗是导通损耗和交流开关损耗，导通损耗主要是指MOS管导通后的损耗和肖特基二极管导通的损耗（是指完全导通后的损耗，因为导通不是瞬间导通，有个从线性区到非线性区的过程），在MOS管导通时，由于存在导通电阻，那么流过电流就必然存在导通损耗，而肖特基导通损耗是指在MOS 管关闭期间，由于电感的电流不能突变加上电感反冲现象，会产生与MOS管导通时的相反电压方向，从而使肖特基导通，流过的电流会在肖特基上产生损耗。
由于MOS管在导通的时候，流过其的电流不是瞬间达到最大，此时电流有个从零逐渐上升到最大的过程，此时MOS管漏源（DS）之间的电压也是从Vdc逐渐下降到零，MOS管关闭的时候也存在此情况，只是与打开的时候过程相反，那么在这逐渐的过程中就会产生损耗，这就是交流开关损耗，交流开关损耗包括MOS管打开和关闭损耗，交流开关损耗与开关的频率成正比，因为一开一关的次数越多，损耗自然就大了。
在忽略交流开关损耗的情况下，假设输入电压Vdc,输出电压为Vo,MOS管导通时间为Ton,关闭时间为Toff,整个周期为T，即T=Ton+Toff。
在MOS管导通期间流过的平均电流为Io,由于电感电流不能突变，那么在MOS管关闭期间流过肖特基的平均电流也为Io，在MOS管和肖特基导通期间产生的压差基本为1V，那么导通损耗=P(mos管)+P(肖特基)=1*Io*Ton/T+1*Io*Toff/T=1*Io。
那么此时的效率E=Po/(Po+Plosse)=(Vo*Io)/(Vo*Io)+(1*Io)=Vo/Vo+1。
在考虑交流开关损耗的时候，基本交流开关损耗可以分两种情况来考虑，第一种情况是MOS管导通期间，电流开始上升的时候电压同时开始下降，MOS管关闭期间电流开始下降的时候电压同时上升，此种情况也是最理想的情况（一般实际情况很难达到），那么在此情况下，交流开关损耗=整个开关周期的导通损耗+整个开关周期的关断损耗=（时间从0到Ton,流过电流和电压剩积的积分）*(Ton/T)+（时间从0到Toff,流过电流和电压剩积的积分）*(Toff/T)=Io*Vdc/6*(Ton/T)+Io*Vdc/6*(Toff/T)。
BUCK型开关电源中的损耗与效率的计算
在BUCK型开关电源中，如果没有损耗，那效率就是100%，但这是不可能的，BUCK型开关电源中主要的损耗是导通损耗和交流开关损耗，导通损耗主要是指MOS管导通后的损耗和肖特基二极管导通的损耗（是指完全导通后的损耗，因为导通不是瞬间导通，有个从线性区到非线性区的过程），在MOS管导通时，由于存在导通电阻，那么流过电流就必然存在导通损耗，而肖特基导通损耗是指在MOS 管关闭期间，由于电感的电流不能突变加上电感反冲现象，会产生与MOS管导通时的相反电压方向，从而使肖特基导通，流过的电流会在肖特基上产生损耗。
由于MOS管在导通的时候，流过其的电流不是瞬间达到最大，此时电流有个从零逐渐上升到最大的过程，此时MOS管漏源（DS）之间的电压也是从Vdc逐渐下降到零，MOS管关闭的时候也存在此情况，只是与打开的时候过程相反，那么在这逐渐的过程中就会产生损耗，这就是交流开关损耗，交流开关损耗包括MOS管打开和关闭损耗，交流开关损耗与开关的频率成正比，因为一开一关的次数越多，损耗自然就大了。
在忽略交流开关损耗的情况下，假设输入电压Vdc,输出电压为V o,MOS管导通时间为Ton,关闭时间为T off,整个周期为T，即T=Ton+Toff。
在MOS管导通期间流过的平均电流为Io,由于电感电流不能突变，那么在MOS管关闭期间流过肖特基的平均电流也为Io，在MOS管和肖特基导通期间产生的压差基本为1V，那么导通损耗=P(mos管)+P(肖特基)=1*Io*Ton/T+1*Io*Toff/T=1*Io。
那么此时的效率E=Po/(Po+Plosse)=(Vo*Io)/(Vo*Io)+(1*Io)=Vo/Vo+1。
在考虑交流开关损耗的时候，基本交流开关损耗可以分两种情况来考虑，第一种情况是MOS管导通期间，电流开始上升的时候电压同时开始下降，MOS管关闭期间电流开始下降的时候电压同时上升，此种情况也是最理想的情况（一般实际情况很难达到），那么在此情况下，交流开关损耗=整个开关周期的导通损耗+整个开关周期的关断损耗=（时间从0到T on,流过电流和电压剩积的积分）*(Ton/T)+（时间从0到T off,流过电流和电压剩积的积分）*(Toff/T)=Io*Vdc/6*(Ton/T)+Io*Vdc/6*(Toff/T)。
开关电源变压器损耗计算
开关电源变压器损耗计算
开关电源变压器的损耗主要包括铜损和铁损两部分。
1. 铜损：铜损是由于变压器线圈的电阻引起的损耗。
它可以通过以下公式计算：
P_cu = I^2 * R
其中，P_cu表示铜损功率，I表示变压器的额定电流，R表示线圈的总电阻。
2. 铁损：铁损是由于磁场变化引起的损耗，分为磁滞损耗和涡流损耗两部分。
- 磁滞损耗可以通过以下公式计算：
P_h = K_h * f * B^x
其中，P_h表示磁滞损耗功率，K_h为磁滞损耗系数，f表示变压器的工频，B表示磁场强度，x为磁滞指数。
- 涡流损耗可以通过以下公式计算：
P_e = K_e * f^2 * B^2 * t^2
其中，P_e表示涡流损耗功率，K_e为涡流损耗系数，f表示变压器的工频，B表示磁场强度，t为变压器的铁心厚度。
总损耗可以通过铜损和铁损相加得到：
P_total = P_cu + P_h + P_e
需要注意的是，损耗的具体计算需要参考变压器的设计参数和材料特性，上述公式中的系数需要根据具体情况进行确定。
同时，在实际应用中，还需要考虑变压器的负载率和温升等因素对损耗的影响。
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在BUCK型开关电源中，如果没有损耗，那效率就是100%，但这是不可能的，BUCK型开关电源中主要的损耗是导通损耗和交流开关损耗，导通损耗主要是指MOS管导通后的损耗和肖特基二极管导通的损耗（是指完全导通后的损耗，因为导通不是瞬间导通，有个从线性区到非线性区的过程），在MOS管导通时，由于存在导通电阻，那么流过电流就必然存在导通损耗，而肖特基导通损耗是指在MOS 管关闭期间，由于电感的电流不能突变加上电感反冲现象，会产生与MOS管导通时的相反电压方向，从而使肖特基导通，流过的电流会在肖特基上产生损耗。
由于MOS管在导通的时候，流过其的电流不是瞬间达到最大，此时电流有个从零逐渐上升到最大的过程，此时MOS管漏源（DS）之间的电压也是从Vdc逐渐下降到零，MOS管关闭的时候也存在此情况，只是与打开的时候过程相反，那么在这逐渐的过程中就会产生损耗，这就是交流开关损耗，交流开关损耗包括MOS管打开和关闭损耗，交流开关损耗与开关的频率成正比，因为一开一关的次数越多，损耗自然就大了。
在忽略交流开关损耗的情况下，假设输入电压Vdc,输出电压为Vo,MOS管导通时间为Ton,关闭时间为Toff,整个周期为T，即
T=Ton+Toff。
在MOS管导通期间流过的平均电流为Io,由于电感电流不能突变，那么在MOS管关闭期间流过肖特基的平均电流也为Io，在MOS管和肖特基导通期间产生的压差基本为1V，那么导通损耗=P(mos管)+P(肖特基)=1*Io*Ton/T+1*Io*Toff/T=1*Io。
那么此时的效率E=Po/(Po+Plosse)=(Vo*Io)/(Vo*Io)+(1*Io)=Vo/Vo+1。
在考虑交流开关损耗的时候，基本交流开关损耗可以分两种情况来考虑，第一种情况是MOS管导通期间，电流开始上升的时候电压同时开始下降，MOS管关闭期间电流开始下降的时候电压同时上升，此种情况也是最理想的情况（一般实际情况很难达到），那么在此情况下，交流开关损耗=整个开关周期的导通损耗+整个开关周期的关断损耗=（时间从0到Ton,流过电流和电压剩积的积分）*(Ton/T)+（时间从0到Toff,流过电流和电压剩积的积分）*(Toff/T)=Io*Vdc/6*(Ton/T)+Io*Vdc/6*(Toff/T)。
设Ton=Toff=Ts(理论上MOS管打开瞬间电流从0上升到最大与MOS管关断瞬间从最大下降到0的时间是一样)，所以交流开关损耗Pac=Io*Vdc*Ts/3T。
则此时的效率E=Po/（Po+DClosse+AClosse）=(Vo*Io)/(Vo*Io)+(1*Vo)+(Io*Vdc*Ts/3T)=Vo/(Vo+1+Vdc*Ts/T)
上面是在考虑交流开关损耗的理想情况下的效率，那么第二种情况就是在最差的情况下，即MOS管导通时，电流从0达到最大后，电压才开始下降，而不是同时，MOS管关闭时，电压上升到最大后，电流才开始从0开始下降，一般这种情况更接近真实情况，那么此种情况下，交流开关损耗=整个开关周期的导通损耗+整个开关周期的关断损耗=Io*Vdc*Ts/T+Io*Vdc*Ts/T=2*Io*Vdc*Ts/T。
所以此时效率E=Po/（Po+DClosse+AClosse）=(Vo*Io)/(Vo*Io)+(1*Vo)+(2*Io*Vdc*Ts/T)=Vo/(Vo+1+2*Vdc*Ts/T)。
以上的效率计算是在没有考虑肖特基的反向恢复时间的情况下，实际的效率可能还会比以上计算的低，反向恢复时间是指二极管从承受反向电压的瞬间到完全停止流过反向漏电流所经历的时间，因为二极管在反向截止时不可能瞬间截止，也是有一个过程的。
应该使用反向恢复时间在35ns~50ns的超快恢复二极管作为续流二极管，该损耗与开关频率成正比
开关电源中主要的发热元器件为半导体开关管、功率二极管、高频变压器、滤波电感等。
不同器件有不同的控制发热量的方法。
功率管是高频开关电源中发热量较大的器件之一，减小它的发热量，不仅可以提高功率管的可靠性，而且可以提高开关电源的可靠性，提高平均无故障时间（MTBF）。
开关管的发热量是由损耗引起的，开关管的损耗由开关过程损耗和通态损耗两部分组成，减小通态损耗可以通过选用低通态电阻的开关管来减小通态损耗；开关过程损耗是由于栅电荷大小及开关时间引起的，减小开关过程损耗可以选择开关速度更快、恢复时间更短的器件来减少。
但更为重要的是通过设计更优的控制方式和缓冲技术来减小损耗，如采用软开关技术，可以大大减小这种损耗。
减小功率二极管的发热量，对交流整流及缓冲二极管，一般情况下不会有更好的控制技术来减小损耗，可以通过选择高质量的二极管来减小损耗。
对于变压器二次侧的整流可以选择效率更高的同步整流技术来减小损耗。
对于高频磁性材料引起的损耗，要尽量避免趋肤效应，对于趋肤效应造成的影响，可采用多股细漆包线并绕的办法来解决。
5.2.2 开关电源的散热设计
MOS管导通时有一定的压降，也即器件有一定的损耗，它将引起芯片的温升，但是器件的发热情况与其耐热能力和散热条件有关。
由此，器件功耗有一定的容限。
其值按热欧姆定律可表示为：
PD="Tj-Tc/RT"。