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如何计算MOSFET导通损耗(1)

时间:2024-12-18 19:49来源:汽车电子工程知识体系 作者:ictest8_edit 点击:

 

MOSFET可用作开关或放大器。无论何种应用,都存在导通损耗。让我们探讨一下导通损耗的含义以及如何计算MOSFET导通损耗。在非开关应用中工作时,导通损耗是MOSFET功率耗散的主要因素。即使在开关应用中,导通损耗仍然非常大,必须仔细考虑才能实现稳健的设计。

什么是导通损耗

在MOSFET电路中,导通损耗是指由漏极电流和导通电阻引起的功率损耗或功率耗散。它是MOSFET处于导通状态时的功率损耗。基本上,当VGS系列达到阈值要求,MOSFET导通,导通损耗生效。

如何使用数学方法计算MOSFET导通损耗

计算MOSFET导通损耗所涉及的参数是漏极电流(ID)和漏极到源极导通电阻(R(DSon)).导通损耗的方程式为
导通损耗=ID2*R(DSon)

式中:

ID–漏极电流

R(DSon)–漏极至源极导通电阻

漏极电流是流向MOSFET漏极的电流。有两种方法可以计算漏极电流。首先是考虑最坏的情况。第二种是瞄准典型值。最坏情况下的漏极电流很重要,这样MOSFET就不会过应力。另一方面,典型值更现实地用于计算电路的效率。最差的漏极电流将产生最差的导通损耗,而典型的漏极电流将产生典型的导通损耗。

最坏漏极电流

要说明如何推导出最坏情况下的漏极电流或最大漏极电流,请参阅下面的简单MOSFET电路。为了获得最大的漏极电流,忽略MOSFETM1在导通状态下的压降。考虑VDD的最大值。VDD是一种电源,所有电源都有电压变化。例如,电压变化为5%,这意味着VCC可能会增加到比其典型值高5%的水平。

 
典型值是额定值或通常值或设计值。

然后,考虑Rdrain的最小值。Rdrain是一个电阻,所有电阻都有公差。例如,公差为5%,这意味着电阻值可能比典型值高5%。
从数学上讲,最差的漏极电流由以下公式给出

IDmax=VDDmax/Rdrainmin



IDmax=VDD*(1+VDDtol)/[Rdrain*(1–Rdraintol)]

考虑到VDD=10V(+/-5%)和Rdrain=100Ω(+/5%)的给定值,最大漏极电流为

IDmax=10V*(1+0.05)/[100Ω*(1–0.05)]=10.5V/95Ω= 0.111A

典型值漏极电流

与最坏情况方法不同,典型的漏极电流将仅考虑典型值。它不会关心VDD和Rdrain公差。但是,它将考虑将典型的MOSFET漏极转换为源极导通电阻(R(DSon)).

典型的漏极电流由以下公式给出

IDtyp=VDDtyp/[Rdraintyp+R(DSon)typ]

假设R(DSon)的典型值为0.5Ω,则典型漏极电流为

IDtyp=VDDtyp/[Rdraintyp+R(DSon)typ]=10V/[100Ω+0.5Ω]= 0.0995A
 
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