开关损耗测试在电源调试中重要作用

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开关损耗测试在电源调试中重要作用

MOSFET/IGBT的开关损耗测试是电源调试中非常关键的环节，但很多工程师对开关损耗的测量还停留在人工计算的感性认知上，PFC MOSFET的开关损耗更是只能依据口口相传的经验反复摸索，那么该如何量化评估呢？
一、前言
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开关电源(SMPS)技术依托电源半导体开关设备，如金属氧化物场效应晶体管(MOSFET)和绝缘门双极晶体管(IGBT)。这些设备提供了快速开关时间，能够耐受没有规律的电压峰值。同样重要的是，其在 On 状态或 Off 状态下消耗的功率非常小，实现了很高的效率，而生成的热量很低。开关设备在极大程度上决定着 SMPS 的整体性能。开关设备的关键测量项目包括开关损耗、平均功率损耗等等。
9 j! O: S, b) T3 Z* Y( P) O二、功率损耗的原理图和实测图
& S% e! o) P$ v' y7 }2 q一般来说，开关管工作的功率损耗原理图如图1所示，主要的能量损耗体现在“导通过程”和“关闭过程”，小部分能量体现在“导通状态”，而关闭状态的损耗很小几乎为0，可以忽略不计。

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2 Q# w4 j7 \3 q图1 开关管工作的功率损耗原理图
实际的测量波形图结果一般如图2所示。

图2 开关管实际功率损耗测试
: |% S, R6 @& R" w$ O! m三、MOSFET和PFC MOSFET的测试区别
对于普通MOS管来说，不同周期的电压和电流波形几乎完全相同，因此整体功率损耗只需要任意测量一个周期即可。但对于PFC MOS管来说，不同周期的电压和电流波形都不相同，因此功率损耗的准确评估依赖较长时间（一般大于100ms），较高采样率（推荐1G采样率）的波形捕获，此时需要的存储深度推荐在10M以上，并且要求所有原始数据（不能抽样）都要参与功率损耗计算，实测截图如图3所示。

8 T2 E4 J* ~! h( g4 [4 y. q图3 PFC MOSFET功率损耗实测截图
0 N! g& d! g' K' C! i  f8 T总结
( u' ~, l+ Y1 _5 ~! l开关损耗测试对于器件评估非常关键，通过示波器的电源分析软件，可以快速有效的对器件的功率损耗记性评估

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