雙向直流電源突發模（mó）式（shì）下的功（gōng）率管損耗如何計算？

在雙（shuāng）向（xiàng）直流電源（yuán）突發模式下，功率管（guǎn）損耗主要包括導通損耗、開（kāi）關（guān）損耗（開通損耗和關斷損耗）、死區時間損耗、驅（qū）動損（sǔn）耗等（děng），以下是具體計算方法及分析：

導通損耗

導通損耗是指功率管在（zài）導通狀態下，由於導通電阻而產（chǎn）生的功率損耗。在雙向直流電源中，功率管（如IGBT或MOSFET）在導通時，其漏源電流（IDS(on)）會在導通電阻（RDS(on)）上產（chǎn）生壓降，從而產生導通損耗。導通損耗的計算公式為：

• 公式：Pon=IDS(on)rms2×RDS(on)×K×Don

• 參數（shù）說明：

  • IDS(on)rms：導通期間漏源電流的有效值（zhí）。
  • RDS(on)：導通電阻，會隨漏源電流值和器件結點溫度不（bú）同而變化，需根據規格書查找盡（jìn）量靠近預計工（gōng）作條件下的值，並乘以規格書提供的溫度（dù）係數K。
  • Don：導通占空比。

• 計算要點：

  • 計算IDS(on)rms時，使用的時期僅（jǐn）是導通時間Ton，而不是整個（gè）工作周期Ts。
  • 在（zài）突發（fā）模式下，由於電流和電壓的波動（dòng）可能較大，需要更精確地測量或預計IDS(on)rms和RDS(on)的值。

開（kāi）關損耗

開關損耗包括開通損耗（hào）和關斷損耗，是由於功率管（guǎn）在開關過程中，電壓和（hé）電流的交疊而產生的損耗。

• 開通（tōng）損耗：

  • 產生原因：非理想的開關（guān）管在開通時，電壓不是立即下降到零，而是（shì）有一個下降時間；同時電流也不是立（lì）即上（shàng）升到（dào）負載電流，而是有一個（gè）上升時間。在這段時間內，開關管的電流和電壓有一個交疊區，會產生損耗（hào）。
  • 計算公式（shì）（以A類假設為例）：Poff_on=61×VDS(off_end)×Ip1×tr×fs
  • 參數說明：
    • VDS(off_end)：開啟時刻前的漏源電壓。
    • Ip1：開啟（qǐ）完成後的負載電流初始值。
    • tr：上升時（shí）間。
    • fs：開關頻率。

• 關斷損耗：

  • 產生原因：功率管在（zài）關斷過程中，電壓不是立即上升到負載電壓，而是有一個上升時間；同時電流也不是立即下降到零，而（ér）是（shì）有一個下降時間。在這段時間（jiān）內，開關管的電流和電壓也有一個交（jiāo）疊區（qū），會產生損（sǔn）耗。
  • 計算公式（以A類假設為例）：Poff_on=61×VDS(off_beginning)×Ip2×tf×fs
  • 參數說明：
    • VDS(off_beginning)：關斷完成後之漏源電壓。
    • Ip2：關斷時刻前（qián）的負載電流（liú）末（mò）端值。
    • tf：下降時（shí）間（jiān）。
    • fs：開關頻率。

• 計算要點：

  • 在突發模式下，由於開（kāi）關頻率和占空比可能動態變化，需（xū）要實時測量或預計開關（guān）過程（chéng）中的電壓和電流波（bō）形。
  • 實際計算中，針對不同的假設（如（rú）A類假設和B類假設）會延伸出不同的計算公式（shì），B類（lèi）假設可作為最（zuì）惡劣（liè）模式的計算值。

死區時間損耗

死區時間損耗是指在死區時間內（nèi），由於低（dī）邊開關（MOSFET）體二極管的（de）正向電壓和負載電流而產生的損耗。在同步整（zhěng）流（liú）式DC/DC轉換器中，為了避免直通電流（liú），會設置一（yī）段（duàn）死區時間，在這段時（shí）間內兩邊（biān）的開關都是OFF的。然而，實際的開關（guān）是MOSFET，其中存在被稱為“體二（èr）極（jí）管”的寄生（shēng）二（èr）極管。在死區時間內（nèi），低（dī）邊（biān）MOSFET的體二極管相對於負載電流是正向的，電流通過這個體二極管流向負載，從而產生損耗。

• 計算公式：Pdead_time=VF×IL×tdead（具體公式可能因電路架構和（hé）器（qì）件參數而異）

• 參數說明：

  • VF：體二極（jí）管（guǎn）的正向電壓。
  • IL：負載電流。
  • tdead：死區時間。

• 計算要點：

  • 在突發（fā）模式（shì）下，死區時間可能（néng）因控製策略的（de）調整而變化，需要實時測量或預計死區時間（jiān）和負載電流的（de）值（zhí）。

驅動損耗（hào）

驅動損（sǔn）耗是指柵極接受驅動電源進行驅動時產生的損耗。在雙向直流電源中，功率管的柵（shān）極需要接受驅動電源提供（gòng）的電壓和電流來控製其開關狀態。驅（qū）動損耗的計算公式為：

• 公式（shì）：Pgs=Vgs×Qg×fs

• 參數說明：

  • Vgs：驅（qū）動電源電壓。
  • Qg：總驅（qū）動電（diàn）量，可通過器件規格書（shū）查找得到。
  • fs：開關頻率。

• 計算要點：

  • 在突（tū）發模式下，由於開關頻率可能動態變化，需要實時測量或預計驅動電源電壓和開關頻率的值（zhí）。