1、 1Boost 功率损耗分析 ZhangJiuShengsystem engineer 1. 目录 . .1 2. 概述 2 3. 电路 .2 4. 参数定义 .2 5. 连续工作模式损耗计算 5.1 占空比及电感计算 .3 5.2 电感损耗 .3 5.3 MOFET,Schottky 损耗 5.3-1 High side MOSFET 损耗 4 5.3-2 Schottky 损耗 5 6. 非连续工作模式损耗计算 6.1 占空比及电感计算 .6 6.2 电感损耗 .6 6.3 MOFET,Schottky 损耗 6.3-1 High side MOSFET 损耗 7 6.3-2 Schott
2、ky 损耗 7 7. 总损耗 7.1 连续工作模式 .7 7.2 非连续工作模式 .7 8. 典型应用 .7 22.概述 随着能源效率的日益重要，人们对开关电源效率期望也越来越高， 从公式/OUT IN IN LOSS INPP PP P =（）可知要提高效率，就必须减小开关电源损耗，Boost 电源损耗的主要构成为：电感损耗，MOSFET 导通损耗，MOSFET 寄生电容损耗，开关交叠损耗，以及二极管的损耗等等。 3. 电路 4. 参数定义 1) 输入电压 VIN 2) 输出电压 VO 3）输出电流 Io_design4）纹波电流 Ionormal=0.3*Io_design 5）工作频率
3、f 6) 二极管的正向导通压降 Vd 7) 电感的等效电阻 (参考电感 DATASHEET 参数 ) RDC8）温度系数 KTH9) Operation duty d 35. 连续工作模式损耗计算 5.1 占空比及电感计算 5.1-1 占空比计算 ()/()d Vo Vd Vin Vo Vd=+ + 5.1-2 电感计算 当 Q1 Turn on 对电感有 )*/(*_ IonormalfdVinltheoreticaLo = 取 Lo_theoretical=Lo )*/(* LofdVinIl = 5.2 电感损耗 电感损耗是指电感均方根电流 IRMS在电感电阻 DCR 上产生之压降造成的
4、损耗 假设效率 %90= 则 VIN*IIN*0.9=VOUT*IOUTVinIoutVoutIin*9.0*= 12/)(222IlIinIrms += （计算方法参考 Buck 功率损耗部分） THDC2K*R*)Irms(Pinductor =5.3 MOSFET 及 Schottky 损耗 MOSFET 损耗包括导通损耗，驱动损耗以及开关损耗 MOSFET 主要参数 导通阻抗 R DS(ON) 总电量 Q G MOSFET 输出电容 C OSS MOSFET 导通时间 tf 4MOSFET 关短时间 tr MOSFET 门极电压 V GS 5.3-1 High side MOSFET
5、损耗 A)导通损耗 导通损耗是指在 MOSFET 完全开启后负载电流（即漏源电流） IDS(on)在导通电阻 RDS(on)上产生之压降造成的损耗 RdsonIrmsdKthnPconductio *)(*2= B) 驱动损耗 栅极接受驱动电源进行驱动造成之损耗 *Pdri Qg Vin f= Qg用以表示 Power MOSFET 在导通或截止的过程中，驱动电路所必须对极间电容充电 /放电之总电荷量。 C) 开关损耗 1 Turn on loss a) COSSloss （输出电容 COSS在导通期间在漏源极上的泄放损耗） 5fVdsCossPcap *)(*212= b） Switchin
6、g loss 开启过程损耗。指在 MOSFET 开启过程中逐渐下降的漏源电 VDS 与逐渐上升的负载电流（即漏源电流） IDS 交叉重叠部分造成的损耗 ftrIIinVoutonPsw *)21(*61_ += （计算方法参考 Buck 功率损耗部分） 2 Turn off loss 关断过程损耗。 指在 MOSFET 关断过程中逐渐上升的漏源电压 VDS 与逐渐下降的漏源电流 IDS 的交叉重叠部分造成的损耗 ftfIIinVoutonPsw *)21(*61_ += （计算方法参考 Buck 功率损耗部分） 5.3-2 Schottky 损耗 二极管在承载正向电流时因正向压降造成的损耗 6
7、)12/(*)1(22IlIindIrms += IrmsVdPschottky *= 6. 非连续工作模式损耗计算 6.1 占空比及电感计算 假设：非连续工作模式电感电流从零上升到电感电流最大 ILMAX的时间为 dT, 电感电流从最大值 ILMAX下降到零的时间为 dT 6.1-1 占空比计算 假设： =0.9 当 Q1 Turn on 对电感有LMAXIfdVinLo*= LofdVinILMAX*= 当 Q1 Turn off 对电感有LMAXIfdVinVdVoLo*)( += LofdVinVdVoILMAX*)( += 联合上两式可得： *VinddVo Vd Vin=+电感电流
8、断续时 Boost 输入电流 IIN仍等于电感电流平均值 1*( )*2LMAXIin d d I=+ Lo*fd*inVILMAX= 假设： =0.9 则*0.9*Vo IoIinVin= 所以)(*9.0)(*2*d22VdVoVinVinVdVoLofIoVo+= 6.1-2 电感计算 因为电路在连续与非连续之间来回切换， 所以我们选择电感时按照连续工作模式的方式来选择，即 L=Lo 6.2 电感损耗 电感损耗是指电感均方根电流 I RMS在电感电阻 DCR 上产生之压降造成的损耗 7电感电流 iL(t)的分段函数：+=t2,t1,It*TdI1,0 t,*dTI)(LMAXLMAXLM
9、AXttttiL2LMAX2LMAXMAXt212LMAX10I*31t)ITd()dT(=+=TdtIdttIIrmsLtt)VdVo(*Lo*f*0.9)VinVdVo(*Io*Vo*32Irms2+= THDC2K*R*)Irms(Pinductor = 6.3 MOFET,Schottky 损耗 6.3-1 High side MOSFET 损耗 6.3-2 Schottky 损耗 6.3-1 以及 6.3-2 MOSFET 和 Schottky 损耗就计算方法请参考 CCM 部分， 要注意的仅仅是 DCM与 CCM 占空比 d 以及 IRMS的计算公式不一样。 7. 总损耗 7.1 连续工作模式总损耗 PschottkyPmosfetPinductorPtotal += 7.2 非连续工作模式总损耗 PschottkyPmosfetPinductorPtotal += 8. 典型应用 详细参数计算请参见 MathCAD 文件
