各种元器件的功耗计算方法

1.电阻

电阻的发热量由下式算得

P=I²R 或 P=U²/R

I--流过电流值(A)；R--电阻值(Ω)；U--电阻两端的电压(V)

2.变压器

变压器的包括铜损和铁损两部分

P_b= P_{w +} P_c 

铜损按下式计算：

 P_w =2×I_p×N_p×L_p×R_z 

I_p-原边有效电流， A

N_p-原边绕组的匝数，匝

L_p-每圈的平均长度，cm

R_z-导线的阻抗，Ω/cm

铁损按下式计算：

 P_c=P_v×V_e

P_v-单位体积的铁损，w/cm³

V_e-铁芯体积，cm³

变压器的温升按下式计算：

 Δt=850P_b/A_s

P_b-变压器的总损耗，w

 A_s-变压器的表面积，cm²

3.功率器件耗散功率计算

3.1 双极型晶体管(IGBT)

IGBT的功耗损耗主要由通态损耗(饱和损耗或稳定损耗)及开关损耗两部分，分别按下式计算：

通态损耗(饱和损耗或稳定损耗)：

P_c=U_CEIcδ

开关损耗：

P_s=(1/2)U_CEOI_c(t_on+t_off)f_s=(E_on+E_off)f_s

 

总损耗：

P_d=P_c+P_s  

U_CE--通态集电极一发射极电压(V)，给定值

U_CEo--断态集电极一发射极电压(V)，给定值

Ic--通态电流(A)，给定值

δ--占空比，给定值

E_on,E_off--开关能量(焦耳)，从器件数据手册中查出。

fs--开关频率，给定值

3.2 功率MOSFET

MOSFET的损耗包括开关损耗和通态损耗两部分

通态功耗：      

P_d=I_DS²R_DS(ON)

I_DS--漏极电流，A,给定值

R_DS(ON)-MOSFET在工作结温下的通态热阻，可按直接下式计算，也可以从器件数据手册中查。

R_DS(ON)(Tj)=R_o[1+α(T_j-25^o)],Ω, 通态电阻

Ro--25℃时额定值，给定值

α--温度系数，一般为：0.01

开关损耗：

开通时损耗：P_ON=I_ceoV_cet_offf

开通过程损耗：P_r=I_cV_DSt_rf/6= I_c²t_r t_r'f/6C_rss     

关断时损耗：P_off=I_cV_cest_onf                          

关断过程损耗：P_f=I_cV_DSt_ff/6＝I_c²t_f t_f'f/6C_oss 

I_ceo－集电极与发射级间的穿透电流，A   

I_c--集电极电流，A                               

V_ce－集电极与发射极间的电压，V

V_ceo-饱和压降，V

t_on，t_off-开通及关断时间，ns

t_r,, t_f-V_ce的上升及下降时间，ns

t_r', t_f'-驱动波形上升或下降时间，ns  

C_rss, C_oss 朚OSFET 的输入与输出电容

MOSFET的总损耗为：

P_total=P_d+P_on+P_off+P_r+P_f

3.3 DC-DC开关变换器输出整流用功率二极管

功率二极管的损耗包括通态损耗及开关损耗两部分

通态损耗：

Pd=V_FI_F.D

V_F－正向导通压降，V

I_F.- 正向平均电流，A

D－占空比

开通损耗：

P_on=I_FV_FRMt_rrD f /1000

V_RFM－正向恢复电压，V

t_rr-反向恢复时间，ns

f-工作频率，KHZ

关断损耗：

P_off=I_RMK_fV_Rt_rrDf/2000

I_RM 朹反向漏电流，A 

K_f-比例系数    

V_R-稳态反向电压，V

总功耗：

Pd+P_on+P_off

_4.电芯

_{电芯的发热量由下式计算可得}

Q=I²R

I--流过电流值(A)；

R--直流电阻值(Ω)，如只有交流电阻则一般需要乘以2

做个热设计