技术解析：有效地降低开关电源开关损耗的原理

可以用一阶近似更好地估计MOSFET的功耗，MOSFET栅极的充放电功耗的一阶近似公式是：

EGATE=QGATE×VGS,

QGATE是栅极电荷，VGS是栅源电压。

在升压变换器中，从开启到关闭、从关闭到开启过程中产生的功耗可以近似为：

ET=(abs[VOUT-VIN]×ISW×t)/2

其中ISW是通过MOSFET的平均电流(典型值为0.5IPK)，t是MOSFET参数表给出的开启、关闭时间。

MOSFET完全导通时的功耗(传导损耗)可近似为：

ECON=(ISW)2×RON×tON,

其中RON是参数表中给出的导通电阻，tON是完全导通时间(tON=1/2f，假设最坏情况50%占空比)。考虑一个典型的A厂商的MOSFET：

RDSON=69mW

QGATE=3.25nC

tRising=9ns

tFalling=12ns

一个升压变换器参数如下：

VIN=5V

VOUT=12V

ISW=0.5A

VGS=4.5V

100kHz开关频率下每周期的功率损耗如下：

EGATE=3.25nC×4.5V=14.6nJ

ET(rising)=((12V-5V)×0.5A×9ns)/2=17.75nJ

ET(falling)=((12V-5V)×0.5A×12ns)/2=21nJ

ECON=(0.5)2×69mW×1/(2×100kHz)=86.25nJ.

从结果可以看到，100kHz时导通电阻的损耗占主要部分，但在1MHz时结果完全不同。栅极和开启关闭的转换损耗保持不变，每周期的传导损耗以十分之一的倍率下降到8.625nJ，从每周期的主要功耗转为最小项。每周期损耗在62nJ，频率升高10倍，总MOSFET功率损耗增加了4.4倍。

另外一款MOSFET：

RDSON=300mW

QGATE=0.76nC

TRising=7ns

TFalling=2.5ns.

SMPS的工作参数如下：

EGATE=0.76nC×4.5V=3.4nJ

ET(rising)=((12V-5V)×0.5A×7ns)/2=12.25nJ

ET(falling)=((12V-5V)×0.5A×2.5ns)/2=4.3nJ

ECON=(0.5)2×300mW×1/(2×1MHz)=37.5nJ.

导通电阻的损耗仍然占主要地位，但是每周的总功耗仅57.45nJ。这就是说，高RDSON(超过4倍)的MOSFET使总功耗减少了7%以上。如上所述，可以通过选择导通电阻及其它MOSFET参数来提高SMPS的效率。

到目前为止，对低导通电阻MOSFET的需求并没有改变。大功率的SMPS倾向于使用低开关频率，所以MOSFET的低导通电阻对提高效率非常关键。但对便携设备，需要使用小体积的SMPS，此时的SMPS工作在较高的开关频率，可以用更小的电感和电容。延长电池寿命必须提高SMPS效率，在高开关频率下，低导通电阻MOSFET未必是最佳选择，需要