一個(gè)高質(zhì)量的開(kāi)關(guān)電源效率高達(dá)95%，而開(kāi)關(guān)電源的損耗大部分來(lái)自開(kāi)關(guān)器件（MOSFET和二極管），所以正確的測(cè)量開(kāi)關(guān)器件的損耗,，對(duì)于效率分析是非常關(guān)鍵的。那我們?cè)撊绾螠?zhǔn)確測(cè)量開(kāi)關(guān)損耗呢,？

　　由于開(kāi)關(guān)管是非理想型器件，其工作過(guò)程可劃分為四種狀態(tài),，如圖1所示,。“導(dǎo)通狀態(tài)”表示開(kāi)關(guān)管處于導(dǎo)通狀態(tài),；“關(guān)閉狀態(tài)”表示開(kāi)關(guān)管處于關(guān)閉狀態(tài),；“導(dǎo)通過(guò)程”是指開(kāi)關(guān)管從關(guān)閉轉(zhuǎn)換成導(dǎo)通狀態(tài)；“關(guān)閉過(guò)程”指開(kāi)關(guān)管從導(dǎo)通轉(zhuǎn)換成關(guān)閉狀態(tài),。一般來(lái)說(shuō),，主要的能量損耗體現(xiàn)在“導(dǎo)通過(guò)程”和“關(guān)閉過(guò)程”，小部分能量體現(xiàn)在“導(dǎo)通狀態(tài)”,，而“關(guān)閉狀態(tài)”的損耗很小幾乎為0,，可以忽略不計(jì)。

　　圖1  開(kāi)關(guān)管四種狀態(tài)劃分

　　實(shí)際的測(cè)量波形圖一般如圖2示,。

　　圖2  開(kāi)關(guān)管實(shí)際功率損耗測(cè)試

　　二,、導(dǎo)通過(guò)程損耗

　　晶體管開(kāi)關(guān)電路在轉(zhuǎn)換過(guò)程中消耗的能量通常會(huì)很大，因?yàn)殡娐芳纳盘?hào)會(huì)阻止設(shè)備立即開(kāi)關(guān),，該狀態(tài)的電壓與電流處于交變的狀態(tài),，因此很難直接計(jì)算功耗，以往的做法,，將電壓與電流認(rèn)為是線(xiàn)性的,，這樣可以通過(guò)求三角形的面積來(lái)粗略計(jì)算損耗，但這是不夠準(zhǔn)確的,。對(duì)于數(shù)字示波器來(lái)說(shuō)，通過(guò)都會(huì)提供高級(jí)數(shù)學(xué)運(yùn)算功能,，因此可以使用下面的公式計(jì)算導(dǎo)通過(guò)程的損耗,。

　　Eon表示導(dǎo)通過(guò)程的損耗能量

　　Pon表示導(dǎo)通過(guò)程的平均損耗功率（有功功率）

　　Vds、Id分別表示瞬時(shí)電壓和電流

　　Ts表示開(kāi)關(guān)周期

　　t0,、t1表示導(dǎo)通過(guò)程的開(kāi)始時(shí)間與結(jié)束時(shí)間

　　關(guān)閉過(guò)程損耗

　　關(guān)閉過(guò)程損耗與導(dǎo)通過(guò)程損耗計(jì)算方法相同,，區(qū)別是積分的開(kāi)始與結(jié)束時(shí)間不同。

　　Eoff表示關(guān)閉過(guò)程的損耗能量

　　Poff表示關(guān)閉過(guò)程的平均損耗功率（有功功率）

　　Vds,、Id分別表示瞬時(shí)電壓和電流

　　Ts表示開(kāi)關(guān)周期

　　t2,、t3表示關(guān)閉過(guò)程的開(kāi)始時(shí)間與結(jié)束時(shí)間

　　三,、導(dǎo)通損耗

　　導(dǎo)通狀態(tài)下，開(kāi)關(guān)管通常會(huì)流過(guò)很大的電流,，但開(kāi)關(guān)管的導(dǎo)通電阻很小,，通常是毫歐級(jí)別，所以導(dǎo)通狀態(tài)下?lián)p耗能量相對(duì)來(lái)說(shuō)是比較少的,，但亦不能忽略,。使用示波器測(cè)量導(dǎo)通損耗，不建議使用電壓乘電流的積分的來(lái)計(jì)算,，因?yàn)槭静ㄆ鳠o(wú)法準(zhǔn)確測(cè)量導(dǎo)通時(shí)微小電壓,。舉個(gè)例子，開(kāi)關(guān)管通常關(guān)閉時(shí)電壓為500V,，導(dǎo)通時(shí)為100mV,，假設(shè)示波器的精度為±1‰（這是個(gè)非常牛的指標(biāo)），最小測(cè)量精度為±500mV,，要準(zhǔn)確測(cè)量100mV是不可能的,，甚至有可能測(cè)出來(lái)的電壓是負(fù)的（100mV-500mV）。

　　由于導(dǎo)通時(shí)的微小電壓,，無(wú)法準(zhǔn)確測(cè)量,，所以使用電壓乘電流的積分的方法計(jì)算的能量損耗誤差會(huì)很大。相反,，導(dǎo)通時(shí)電流是很大的,，所以能測(cè)量準(zhǔn)確，因此可以使用電流與導(dǎo)通電阻來(lái)計(jì)算損耗,，如下面公式：

　　Econd表示導(dǎo)通狀態(tài)的損耗能量

　　Pcond表示導(dǎo)通狀態(tài)的平均損耗功率（有功功率）

　　Id分別表示瞬時(shí)電流

　　Rds(on)表示開(kāi)關(guān)管的導(dǎo)通電阻,，在開(kāi)關(guān)管會(huì)給出該指標(biāo)，如圖3所示

　　Ts表示開(kāi)關(guān)周期

　　t1,、t2表示導(dǎo)通狀態(tài)的開(kāi)始時(shí)間與結(jié)束時(shí)間

　　圖3  導(dǎo)通電阻與電流的關(guān)系

　　四,、開(kāi)關(guān)損耗

　　開(kāi)關(guān)損耗指的是總體的能量損耗，由導(dǎo)通過(guò)程損耗,、關(guān)閉過(guò)程損耗,、導(dǎo)通損耗組成，使用下面公式計(jì)算：

　　五,、開(kāi)關(guān)損耗分析插件

　　高端示波器通常亦集成了開(kāi)關(guān)損耗分析插件,，由于導(dǎo)通狀態(tài)電壓測(cè)量不準(zhǔn)確，所以導(dǎo)通狀態(tài)的計(jì)算公式是可以修改的,，主要有三種：

　　●  UI,，U和I均為測(cè)量值

　　●  I2R，I為測(cè)量值,，R為導(dǎo)通電阻,，由用戶(hù)輸入Rds(on)

　　●  UceI,，I為測(cè)量值，Uce為用戶(hù)輸入的電壓值,，用于彌補(bǔ)電壓電壓測(cè)不準(zhǔn)的問(wèn)題,。

　　一般建議使用I2R的公式，下圖是ZDS4000 Plus的開(kāi)關(guān)損耗測(cè)試圖,。

　　圖4  開(kāi)關(guān)損耗測(cè)試結(jié)果圖

　　六,、總結(jié)

　　開(kāi)關(guān)損耗測(cè)試對(duì)于器件評(píng)估非常關(guān)鍵，通過(guò)專(zhuān)業(yè)的電源分析插件,，可以快速有效的對(duì)器件的功率損耗進(jìn)行評(píng)估,，相對(duì)于手動(dòng)分析來(lái)說(shuō)，更加簡(jiǎn)單方便,。對(duì)于MOSFET來(lái)說(shuō),，I2R的導(dǎo)通損耗計(jì)算公式是最好的選擇。