摘要：一個高質(zhì)量的開關電源效率高達95%,，而開關電源的損耗大部分來自開關器件（MOSFET和二極管）,，所以正確的測量開關器件的損耗，對于效率分析是非常關鍵的,。那我們該如何準確測量開關損耗呢？

　　一,、開關損耗
　　由于開關管是非理想型器件,，其工作過程可劃分為四種狀態(tài)，如圖1所示,?！皩顟B(tài)”表示開關管處于導通狀態(tài)；“關閉狀態(tài)”表示開關管處于關閉狀態(tài),；“導通過程”是指開關管從關閉轉換成導通狀態(tài),；“關閉過程”指開關管從導通轉換成關閉狀態(tài)。一般來說,，主要的能量損耗體現(xiàn)在“導通過程”和“關閉過程”,，小部分能量體現(xiàn)在“導通狀態(tài)”，而“關閉狀態(tài)”的損耗很小幾乎為0,，可以忽略不計,。

　　                                      圖1  開關管四種狀態(tài)劃分
　　實際的測量波形圖一般如圖2示,。

　　                       圖2  開關管實際功率損耗測試
　　二,、導通過程損耗
　　晶體管開關電路在轉換過程中消耗的能量通常會很大，因為電路寄生信號會阻止設備立即開關,，該狀態(tài)的電壓與電流處于交變的狀態(tài),，因此很難直接計算功耗，以往的做法,，將電壓與電流認為是線性的,，這樣可以通過求三角形的面積來粗略計算損耗，但這是不夠準確的,。對于數(shù)字示波器來說,，通過都會提供高級數(shù)學運算功能，因此可以使用下面的公式計算導通過程的損耗,。
　　Eon表示導通過程的損耗能量
　　Pon表示導通過程的平均損耗功率（有功功率）
　　Vds,、Id分別表示瞬時電壓和電流
　　Ts表示開關周期
　　t0、t1表示導通過程的開始時間與結束時間
　　關閉過程損耗
　　關閉過程損耗與導通過程損耗計算方法相同,，區(qū)別是積分的開始與結束時間不同,。
　　Eoff表示關閉過程的損耗能量
　　Poff表示關閉過程的平均損耗功率（有功功率）
　　Vds、Id分別表示瞬時電壓和電流
　　Ts表示開關周期
　　t2,、t3表示關閉過程的開始時間與結束時間
　　三,、導通損耗
　　導通狀態(tài)下，開關管通常會流過很大的電流,，但開關管的導通電阻很小,，通常是毫歐級別，所以導通狀態(tài)下?lián)p耗能量相對來說是比較少的,，但亦不能忽略,。使用示波器測量導通損耗,，不建議使用電壓乘電流的積分的來計算，因為示波器無法準確測量導通時微小電壓,。舉個例子,，開關管通常關閉時電壓為500V，導通時為100mV,，假設示波器的精度為±1‰（這是個非常牛的指標）,，最小測量精度為±500mV，要準確測量100mV是不可能的,，甚至有可能測出來的電壓是負的（100mV-500mV）,。
　　由于導通時的微小電壓，無法準確測量,，所以使用電壓乘電流的積分的方法計算的能量損耗誤差會很大,。相反，導通時電流是很大的,，所以能測量準確,，因此可以使用電流與導通電阻來計算損耗，如下面公式：
　　Econd表示導通狀態(tài)的損耗能量
　　Pcond表示導通狀態(tài)的平均損耗功率（有功功率）
　　Id分別表示瞬時電流
　　Rds(on)表示開關管的導通電阻,，在開關管會給出該指標,，如圖3所示
　　Ts表示開關周期
　　t1、t2表示導通狀態(tài)的開始時間與結束時間

　                                         　圖3  導通電阻與電流的關系
　　四,、開關損耗
　　開關損耗指的是總體的能量損耗,，由導通過程損耗、關閉過程損耗,、導通損耗組成,，使用下面公式計算：
　　五、開關損耗分析插件
　　高端示波器通常亦集成了開關損耗分析插件,，由于導通狀態(tài)電壓測量不準確,，所以導通狀態(tài)的計算公式是可以修改的，主要有三種：
　　?UI,，U和I均為測量值
　　?I2R,，I為測量值，R為導通電阻,，由用戶輸入Rds(on)
　　?UceI,，I為測量值，Uce為用戶輸入的電壓值,，用于彌補電壓電壓測不準的問題,。
　　一般建議使用I2R的公式，下圖是ZDS4000 Plus的開關損耗測試圖。

　                                      　圖4  開關損耗測試結果圖
　　六,、總結
　　開關損耗測試對于器件評估非常關鍵,，通過專業(yè)的電源分析插件，可以快速有效的對器件的功率損耗進行評估,，相對于手動分析來說,，更加簡單方便。對于MOSFET來說,，I2R的導通損耗計算公式是最好的選擇,。