buck电路工作原理图

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Buck电路的损耗，主要发生在功率路径上，也就是较大电流通过的器件上：MOSFET、电感、二极管（非同步控制器）。

根据Buck电路的几个工作阶段，我们分别讨论MOSFET的损耗

第一个阶段：上管打开的过程：

在开关过程中产生的损耗，MOSFET处于放大区，下管关闭几乎没有电流。

在上管打开过程中，上管的电压Vds不断减小，电流Ids不断增加。我们简单的可以认为是线性增减。此时输出电流处于谷底，最小值。如果近似的看成是电流平均值即输出电流值，则可以简单计算如下：

如果需要考虑电流纹波，则计算公式如下：

第二个阶段：上管完全导通、下管关闭。

上管MOSFET处于打开状态，上MOSFET等效于一个电阻即为MOSFET的导通阻抗Rds（on），Rds（on）上面流经电流的损耗。此时，下管没有电流，功耗全部集中在上管上。

打开的时间是由占空比决定的：上管打开的时间约等于T*D。

电流近似计算时，可以看作就是Buck电源的输出电流。如果细算起来，就需要考虑在上管打开过程中，电流是逐步变大的，我们需要对这个电流增大的过程进行积分计算，考虑到电流逐步变大的过程。

如果电流纹波足够小，我们可以近似认为上管打开过程电流没变化。则这个计算非常容易，就是直接计算，就可以：

如果纹波带来的影响不可忽略，则我们需要进行积分运算。我们从开始开启的电流进行积分，即最小电流处，积分到最大电流处。此处运用牛顿-莱布尼兹公式，计算定积分。

 

第三个阶段，上管关闭的过程

上管打开的过程和关闭的过程是类似的计算方法，此处只是电流为整个周期的最大值，因为经历了一个充电的过程，电流此时处于峰值。另外就是上管关闭的时间，会与上管打开的时间不一样。我们计算公式如下：

第四个阶段，此时上管已经完全关闭，下管暂时还没有打开，称为死区时间

我们需要理解，任何控制器都需要控制避免上下管同时打开，如果出现这个状态，则非常可能烧管，因为相当于通过上下管把输入电源和GND进行了短路。

为了避免这种状态，只好在上管关闭之后，等待一个时间段，再对下管进行打开的操作。而在两个MOSFET都关闭的状态，我们就称为死区时间。这个时间，主要依赖下管的寄生二极管进行续流，实现输出电流的一个回路。

此时的功耗，就是下管的寄生二极管的功耗，也就是二极管的正向导通压降乘以此时的电流。在开关开关的过程中，会有两个阶段经历死区时间，所以下管的死区时间功耗计算公式如下：

第五阶段，下管导通

导通功耗，因为很显然下管的功耗是在电流通过MOS的DS沟道之间的电阻（rDS(ON)）产生的。下面公式可估算下MOS管的导通功耗。

下管的导通损耗，近似的可以看作是：

如果考虑纹波，可以用以下公式进行计算：

详细的电源设计和实例，在硬十的第三本书中会详细讲述。

审核编辑 黄宇