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ZHCAFF5 June 2025 BQ25756

2.1 降压模式损耗

在降压模式下，顶部 FET 是同步 FET，底部 FET 是异步 FET。顶部 FET 的功率损耗可分为开关损耗和导通损耗、如方程式 24 所示。

方程式 1.

P_{t o p} = P_{c o n_t o p} + P_{s w_t o p}

导通损耗来自静态导通的 MOSFET。

方程式 2.

P_{c o n_t o p} = D \times {I_{L_R M S}}^{2} \times R_{D S (o n)_t o p}

方程式 3.

{I_{L_R M S}}^{2} = {I_{L_D C}}^{2} + \frac{{I_{r i p p l e}}^{2}}{12}

开关损耗来自 FET 导通和关断期间的电流和电压重叠，寄生栅极电容以及进入 FET 的栅极驱动损耗。

方程式 4.

P_{s w_t o p} = P_{I V_t o p} + P_{Q o s s_t o p} + P_{g a t e_t o p}

其中，P_{IV_top} 是由于电流和电压重叠而导致的顶部 MOSFET 损耗中的损耗，P_{Qoss_top} 是 MOSFET 寄生输出电容导致的损耗，而 P_{_{gate_top}} 是栅极驱动损耗。可通过以下公式计算得出 P_{IV_top}：

方程式 5.

P_{I V_t o p} = 0.5 V_{I N} \times I_{v a l l e y} \times t_{o n} \times f_{s w} + 0.5 V_{I N} \times I_{p e a k} \times t_{o f f} \times f_{s w}

方程式 6.

I_{v a l l e y} = I_{L_D C} - 0.5 I_{r i p p l e}

方程式 7.

I_{p e a k} = I_{L_D C} + 0.5 I_{r i p p l e}

其中，I_{L_DC} 是直流电感器电流、I_ripple 是电感器的峰值间纹波电流。MOSFET 导通和关断时间 t_on 和 t_off 由以下公式定义：

方程式 8.

t_{o n} = \frac{Q_{s w_t o p}}{I_{o n}}

方程式 9.

t_{o f f} = \frac{Q_{s w_t o p}}{I_{o f f}}

其中，Q_{sw_top} 是顶部 FET 的开关电荷，可通过方程式 10 大致计算得出。

方程式 10.

Q_{s w_t o p} = Q_{G D_t o p} + Q_{G S_t o p}

I_on 和 I_off 由以下公式定义：

方程式 11.

I_{o n} = \frac{V_{D R V_S U P} - V_{p l t}}{R_{o n}}

方程式 12.

I_{o f f} = \frac{V_{p l t}}{R_{o f f}}

其中，V_plt 是米勒平坦区域电压，V_{DRV_SUP} 是 MOSFET 上的栅极驱动电压，R_on 是总导通栅极电阻，R_off 是栅极驱动器的总关断栅极电阻。总损耗计算中的下一项 P_{Qoss_top} 可以通过方程式 13 计算得出。

方程式 13.

P_{Q o s s_t o p} = 0.5 V_{I N} \times Q_{o s s_t o t a l} \times f_{s w}

其中 Q_{oss_total} 是总寄生输出电荷。

方程式 14.

Q_{o s s_t o t a l} = Q_{g d_t o p} + Q_{d s_t o p} + Q_{g d_b o t} + Q_{d s_b o t}

损耗公式中的最后一项可以通过方程式 15 计算得出。

方程式 15.

P_{g a t e_t o p} = V_{I N} \times Q_{g a t e_t o p} \times f_{s w}

其中，Q_{gate_top} 是顶部 MOSFET 的栅极电荷，V_IN 是输入电压，而不是 MOSFET 的栅极驱动电压。其中包括充电控制器的内部 LDO 产生的损耗。如果提供外部栅极驱动电压，则可以避免 LDO 损耗，并且可以改用方程式 16：

方程式 16.

P_{g a t e_t o p} = V_{D R V_S U P} \times Q_{g a t e_t o p} \times f_{s w}

底部 MOSFET 的损耗包括导通损耗和开关损耗：

方程式 17.

P_{b o t t o m} = P_{c o n_b o t t o m} + P_{s w_b o t t o m}

对于导通损耗，可以使用方程式 18 将损耗定义为降压模式，与顶部 FET 类似。

方程式 18.

P_{c o n_b o t t o m} = (1 - D) \times {I_{L_R M S}}^{2} \times R_{D S_O N_b o t t o m}

其中，D 是占空比，I_{L_RMS} 是流经电感器的 RMS 电流。为了大幅减少导通损耗，需要降低 R_{DS_ON}。损耗计算中的下一项和最后一项，开关损耗可以由方程式 28 计算得出。

方程式 19.

P_{s w_b o t t o m} = P_{R R_b o t t o m} + P_{d e a d_b o t t o m} + P_{g a t e_b o t t o m}

其中，P_{RR_bottom} 项是由于 MOSFET 的反向恢复电荷而导致的损耗，P_{dead_bottom} 是由于死区时间内体二极管的导通损耗而导致的损耗，而 P_{gate_bottom} 是栅极驱动损耗。可通过以下公式推导出每个项：

方程式 20.

P_{R R_b o t t o m} = V_{I N} \times Q_{r r} \times f_{s w}

方程式 21.

P_{d e a d_b o t t o m} = V_{S D} \times I_{v a l l e y} \times f_{s w} \times t_{d e a d_r i s e} + V_{S D} \times I_{p e a k} \times f_{s w} \times t_{d e a d_f a l l}

方程式 22.

P_{g a t e_b o t t o m} = V_{I N} \times Q_{g a t e_b o t t o m} \times f_{s w}

Q_{gate_bottom} 是底部 MOSFET 的栅极电荷，V_SD 是体二极管的正向电压，V_IN 是输入电压，而不是 MOSFET 的栅极驱动电压。这包括由器件的内部 LDO 产生的损耗。如果提供外部栅极驱动电压，可改用方程式 23：

方程式 23.

P_{g a t e_b o t t o m} = V_{D R V_S U P} \times Q_{g a t e_b o t t o m} \times f_{s w}