BUCK功率参数合集(5)：MOSFET导通损耗(平均值)公式推导方法付费

——基于TON导通时间内的平均电流 I_SW,AVG,TON 计算导通功率损耗平均值

在开关电源设计领域，BUCK 电路的功率损耗计算是工程师们关注的重点。此文将深入探讨 BUCK 电路中高边和低边 MOSFET 导通损耗的计算方法，助力工程师们更好地理解和优化电路设计。

1、高边 MOSFET 导通功率损耗计算

(1) 高边 MOSFET 的平均电流

在计算导通功率损耗平均值之前，我们需要先清楚，降压型开关电源在高边开关导通期间，流过该高边开关的平均电流是多少。由《开关电源宝典·降压电路(BUCK)的原理与应用》3.3.8章节“2. 高边开关管的平均电流”章节可知，高边开关在导通时间内的平均电流是 I_OUT 。

(2) 高边MOSFET在TON时间内的导通功率损耗平均值

使用 I²×R 计算高边MOSFET在导通时间内的导通功率损耗平均值为

$$P_{SW-H,COND,AVG,TON} = I_{OUT}^2 \times R_{DS(ON)-H} \tag{3.327}$$

(3) 高边MOSFET在TON时间内的导通能量损耗

使用积分计算高边MOSFET在导通时间内的导通能量损耗平均值为

$$E_{SW-H,COND,AVG,TON} = \int_{0}^{T_{ON}} P_{SW-H,AVG,TON} dt + 0 = I_{OUT}^2 \times R_{DS(ON)-H} \times T_{ON} \tag{3.328}$$

这里需要知道的是，高边MOSFET在TOFF关断期间的电流为零，功率损耗也为零。

(4) 将导通能量损耗对整个开关周期平均

同步降压型开关电源电路中高边MOSFET（在一个开关周期内）的导通功率损耗平均值，如下所示：

$$P_{SW-H,COND,AVG,TSW} = I_{OUT}^2 \times R_{DS(ON)-H} \times D \tag{3.329}$$

因为降压电路的占空比 $D = V_{OUT}/V_{IN} = T_{ON} \times F_{SW}$ （公式(3.55)、(3.61)），公式(3.330)又可以表示如下：

$$P_{SW-H,COND,AVG,TSW} = I_{OUT}^2 \times R_{DS(ON)-H} \times (V_{OUT}/V_{IN}) \tag{3.330}$$

$$P_{SW-H,COND,AVG,TSW} = V_{DS(ON)-H} \times T_{ON} \times I_{OUT} \times F_{SW} \tag{3.331}$$

其中， I_OUT 是负载电流（平均值）[A]， R_DS(ON)-H 是高边MOSFET的导通电阻[Ω]， T_ON 是高边MOSFET的导通时间[s]， D_BUCK 是降压电路的占空比[无量纲]， F_SW 是开关频率[Hz]， V_OUT 是输出电压[V]， V_IN 是输入电压[V] ， $V_{DS(ON)-H} = I_{OUT} \times R_{DS(ON)-H}$ 是高边MOSFET的导通压降（公式(3.115)）。

2、低边 MOSFET 导通功率损耗计算

同理，因为同步降压型开关电源电路中，低边开关管MOSFET的导通时间为 T_OFF ，占空比为 1-D_BUCK 或 1-（V_OUT/V_IN ) ，所以容易得到同步降压型开关电源电路中低边开关管MOSFET的导通功率损耗平均值为