高效率开关电源设计
开关电源的设计毕业论文
开关电源的设计毕业论文开关电源是一种高效率、小体积、轻质化的电源，随着现代电子设备的发展，应用越来越广泛。
开关电源的设计是电子工程专业毕业设计中的一个热门方向，本文将介绍开关电源的基本工作原理及设计方法，并以一个实际开关电源的设计为例，进行详细说明。
一、开关电源的基本工作原理开关电源的基本工作原理是将交流电源转换为直流电源，其核心部分是开关管。
开关管工作时，会在电路中产生一个高频矩形波形。
再经过滤波电路、输出稳压电路等处理后，最终输出所需要的稳定直流电源。
在开关电源中，开关管的切换是关键，它的导通和截止决定程序的整个运行。
开关管的导通与截止又是由控制器控制的，所以控制器设计是非常重要的。
二、开关电源的设计方法1.功率计算开关电源的功率计算是设计的第一步。
功率 = 电流×电压，在设计前应要明确设备所需的电流和电压值并通过功率计算公式计算得出所需的功率。
2.电路设计电路设计是开关电源设计中较为复杂的一步。
主要包括直流输入电路、开关管、反馈电路、滤波电容、输出稳压电路等部分。
这些部分需要合理的组合和设计，并应通过电路仿真进行验证。
3.控制器设计在控制器设计中，主要有PWM控制器和开环控制器。
PWM控制器通常采用电流反馈控制方式，能够减少在输出处的纹波电压，提高稳定性。
开环控制器的设计要更为复杂，但是更容易实现。
4.保护电路设计保护电路是开关电源中非常重要的一部分，保护电路通常包括电流限制保护、过压保护、过载保护，以及温度保护等。
这些保护电路能够提高开关电源的使用寿命，避免因电路故障引起的安全事故。
三、开关电源设计实例以12V60W的开关电源设计为实例。
1.功率计算P = U × I = 12V × 5A = 60W。
2.电路设计直流输入电路：直流输入电路主要包括整流桥、电容滤波器和保险丝等。
整流桥需要选择合适的电流、电压值，电容滤波器应该选择合适的容量，保险丝则是起到安全保障作用。
一种高效反激式开关电源的设计及性能测试
一种高效反激式开关电源的设计及性能测试高效反激式开关电源是一种常见的电源设计方案，具有高效率、低功耗和小体积等优点。
本文将介绍一种高效反激式开关电源的设计，并对其性能进行测试。
一、设计方案高效反激式开关电源的设计主要包括变压器设计、功率开关管选择、电容滤波和反馈控制电路等。
下面依次介绍各个部分的设计。
1.变压器设计变压器是高效反激式开关电源的关键部分，通常采用多层铜箔绕线制成。
变压器的设计需要考虑输入电压、输出电压、输出功率和开关频率等因素。
根据具体的设计要求，可以采用磁芯材料和线圈参数来确定变压器的结构和参数。
2.功率开关管选择功率开关管是实现开关过程的关键元器件，常见的有MOS管和IGBT 管等。
选择适合的功率开关管需要考虑开关频率、功率损耗和电流容量等因素。
3.电容滤波电容滤波是实现开关电源输出稳定的重要环节，它能减小输出纹波和噪声。
选择合适的电容容值和工作电压是关键。
4.反馈控制电路反馈控制电路可以通过对输出电压进行实时监测和控制，实现电压的稳定输出。
常见的反馈控制电路有电流反馈和电压反馈。
二、性能测试对高效反激式开关电源的性能进行测试，可以从以下几个方面进行评估。
1.效率测试高效反激式开关电源的一个主要特点是高效率，因此需要测试其输入功率和输出功率，从而计算出电源的转换效率。
2.输出稳定性测试输出稳定性是衡量开关电源性能的关键指标之一，可以通过在不同负载条件下测量输出电压的波动情况来评估。
3.过载和短路保护测试过载和短路保护是开关电源的常见功能，需要测试电源在负载过载和短路情况下的响应速度和保护能力。
4.温升测试温升测试是为了评估开关电源在高负载和长时间运行时的热耗能力，通过测量电源的温度变化来评估其散热效果。
5.器件可靠性测试开关电源的器件可靠性测试是为了评估电源的长期稳定性和可靠性，可以通过长时间运行和负载周期测试等方法进行。
通过以上测试，可以全面评估高效反激式开关电源的性能，从而为其后续的生产和应用提供参考。
基于单管正激式的高效率开关电源的设计
基于单管正激式的高效率开关电源的设计高效率开关电源是一种能够将输入电源有效地转换为所需输出电源的电力转换装置。
在实际应用中，高效率开关电源已经取代了传统的线性电源，更广泛地应用于各个领域。
一种常见的高效率开关电源设计是基于单管正激式的设计。
该设计方案具有简单、成本低廉、效率高等特点。
该设计方案的核心元件是一只功率MOS管（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor）。
该MOS管作为开关，能够根据控制信号开启或关闭，从而实现电源的稳定输出。
MOS管的导通损耗较小，能够在高频率下工作，因此能够提高电源的转换效率。
设计方案的第一步是根据需要确定输入电源的范围和输出电源的需求。
通过采集输入电源的直流电压，可以确定MOS管的工作区间，从而选择合适的MOS管。
接下来，设计师需要根据输出电源的需求确定转换电路。
转换电路的核心是开关频率发生器，用于控制MOS管的开关频率。
开关频率的选择需要考虑到输出电源的负载特性和所需的转换效率。
通常情况下，开关频率越高，转换效率越高，但开关损耗也会增加。
在设计过程中，还需要考虑到输出电源的稳定性和电源滤波的问题。
稳压器是非常重要的一个模块，用于确保输出电压的稳定性。
电源滤波是为了减少开关频率带来的干扰和噪音，提高输出电源的纯净度。
最后，设计师需要进行电路模拟和实验验证。
通过电路模拟软件，可以模拟不同工作条件下的电源转换效率和稳定性。
随后，可以通过实验验证电路的性能，并对其进行调整和优化。
总结起来，基于单管正激式的高效率开关电源设计是一项复杂但非常有挑战性的任务。
设计师需要充分了解输入电源和输出电源的需求，合理选择核心元件和电路拓扑，进行模拟和实验验证，最终实现高效率的电源转换。
这种设计方案在各个领域中都有着广泛的应用前景。
llc电源设计步骤
llc电源设计步骤LLC电源设计是一种常见的开关电源设计，其拥有高效率、高稳定性、低噪音等特点，被广泛应用于电子设备中。
下面将介绍LLC电源设计的主要步骤。
第一步：需求分析和规划在进行LLC电源设计之前，首先需要明确电源的需求和规划。
确定输入电压范围、输出电压、输出功率、工作环境温度等关键参数。
同时，也需要根据具体应用场景，确定电源的可靠性、效率和尺寸等方面的要求。
第二步：功率级拓扑选择根据电源的需求和规划，选择合适的功率级拓扑。
LLC电源通常采用半桥或全桥拓扑，具有输出电压变换比大、负载适应性好、并联容性强等特点。
根据具体情况，选择合适的拓扑结构。
第三步：元器件选择根据所选择的功率级拓扑，选择合适的元器件。
主要包括MOSFET、二极管、开关电容、谐振电感、输出电感等。
选择合适的元器件需要考虑功率损耗、电流容量、耐压能力、频率响应等因素。
第四步：回路设计在选定元器件之后，进行回路设计。
LLC电源具有LC谐振电路，使用频率高且工作方式复杂，因此需要对电路进行详细设计。
主要包括：控制IC的选型与配置、谐振电感和谐振电容的设计、复杂的反馈控制电路的设计等。
第五步：元器件布局和散热设计在进行LLC电源设计时，还需要考虑元器件的布局和散热设计。
元器件布局的合理性可以减少电路的干扰和损耗，散热设计可以确保元器件在高功率工作时的温度不超过允许值。
第六步：模拟仿真和电路原型制作在设计完成之后，进行模拟仿真，验证电路的稳定性和性能。
通过仿真可以得到电路的波形、频谱等数据，并对电路进行优化。
完成模拟仿真之后，根据实际需求制作电路的原型，并进行测试和调试。
第七步：电路优化和再次仿真根据电路原型的测试结果，对电路进行优化。
可以通过改变元器件参数、调整控制策略等方式来提升电路性能。
优化后，再次进行仿真，以验证优化效果。
第八步：批量生产和测试在电路设计稳定性和性能达到要求后，进行批量生产和测试。
在生产过程中，需要注意元器件的选用、布局的合理性以及制造过程中的细节，以确保最终产品的质量和性能。
一种多路输出的高效率开关电源设计
（ Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ Ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｏ ｎ ｉ ｃ ｓ Ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ Ｇ ｒ ｏ ｕ ｐ Ｃ ｏ ｒ ｐ ｏ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ Ｎ ｏ ． ２ ４ Ｒ ｅ ｓ ｅ ａ ｒ ｃ ｈ Ｉ ｎ ｓ ｔ ｉ ｔ ｕ ｔ ｅ ， Ｃ ｈ ｏ ｎ ｇ ｑ ｉ ｎ ｇ ４ ０ ０ ０ ６ ０ ， Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ）
摘 要 ：伴 随着 电子 系统 功 能 多 元化 、 结构 小型 化 的 发展 趋 势 ，要 求 开 关 电源在 满足 体 积 的 条件下 ，能够 实现 多路 输 出以满 足 系统 使 用要 求 。针 对 该 分析 ，文章介 绍 了一 种 基 于Ｔ Ｉ 公 司的
Ｔ Ｐ Ｓ ４ ０ ０ ５ ５ Ｐ ＷＰ控 制 器及Ｌ ＭＺ １ ４ ２ ０ ３ 电源模 块开 发 的多路 非 隔 离ＤＣ ／ ＤＣ变换 器的工作原理 及设 计方
Ａ Ｈｉ ｇ ｈ － － ｅ ｉｃ ｆ ｉ ｅ ｎｃ ｙ Ｓ ｗｉ ｔ ｃ ｈ－ － Ｍｏ ｄ ｅ Ｐｏ ｗｅ ｒ Ｓｕ ｐｐ ｌ ｙ Ｄｅ ｓ ｉ ｇ ｎ ｆ ｏ ｒ Ｍ ｕｌ ｉ－ ｔ － ｃ ｈａ ｎｎ ｅ ｌ Ｏｕｔ ｐｕ ｔ
ＬＩ Ｗｅ ｎ ｈ ａ ｏ ， ＤＵ Ｐｅ ｉ ｄ ｅ ， ＹＩ Ｎ Ｈｕ ａ
法 ，重 点阐述 了该型 变换 器在研 制过程 中的技 术难点及其解决 办法。最后 采 用该方案设 计 了一 个实
验 电路 。仿真和实验 电路 测试 结果表 明，分析设计满足要 求。
关键词 ：同步整流 ；Ｂ ｕ ｃ ｋ ；正 负电源输 出；多路 中图分类号 ：Ｔ Ｎ ４ ０ ２ 文献标识码 ：Ａ 文章编号 ：１ ６ ８ １ — １ ０ ７ ０（ ２ ０ １ ３ ）１ １ － ０ ０ ２ ４ － ０ ４
开关电源的设计与仿真
开关电源的设计与仿真开关电源是一种常用的电源设计方案，它能够将输入电压转换成稳定的输出电压，并具有高效率、小体积和轻负载能力强等特点。
下面将介绍开关电源的设计原理和仿真方法。
首先，选择合适的拓扑结构对于开关电源的设计至关重要。
常见的拓扑结构有：Boost、Buck、Buck-Boost、Cuk等。
不同的拓扑结构适用于不同的输入输出电压范围和应用场景。
例如，Buck拓扑适用于输出电压小于输入电压的场合，Boost拓扑适用于输出电压大于输入电压的场合，Buck-Boost拓扑适用于输出电压可大可小的场合。
其次，控制策略对于开关电源的性能也起到了至关重要的作用。
常见的控制策略有：固定频率PWM（脉宽调制）控制、变频PWM控制和电流模式控制等。
不同的控制策略对于输出电压的稳定性、负载能力和效率等方面的影响不同。
因此，在设计开关电源时需要根据具体的要求选择合适的控制策略。
电路仿真是对开关电源的基本电路进行模拟和分析。
在电路仿真中，可以使用专业的电路仿真软件如SPICE进行建模和仿真。
通过调整参数和信号输入，可以模拟不同负载、不同工况下开关电源的工作情况，并获取电路的输出特性、电压波形等信息。
这样可以及时发现设计缺陷和改进方向。
系统仿真是对整个开关电源系统进行建模和仿真。
开关电源系统包括开关电源核心电路、控制电路以及反馈电路等。
系统仿真能够模拟复杂的工作环境和系统交互，并综合考虑开关电源的输入输出特性、稳定性和效率等。
通过系统仿真，可以评估和优化整个开关电源系统的性能。
综上所述，开关电源的设计与仿真是一个相互依赖、相辅相成的过程。
设计者需要根据实际需求选择合适的拓扑结构和控制策略，并进行电路仿真和系统仿真来验证设计方案的正确性和性能指标。
通过不断的调整和优化，最终可以得到稳定高效的开关电源设计方案。
一种小型化高效率离线式直流开关电源的前级设计
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图 ４Ｅ 滤 波 器 ＭＩ
Ｃ 、 用薄膜 电容器 ， ，Ｃ采 容量 的范围为 ００ 一０４ ｕ ， ．ｌ ．７ Ｆ 主要用来 滤除 差模 干扰 。 、 ｃ 跨接 在输 Ⅱ端 ， ｛ 经过 电容分压后 接地 ， 有效 的抑制 能 图 １前级设计对应 的直流开关 电源组成示意 图 １离 线 式 开 关 电 源 前 级 主 要 概 念 ． １１Ｅ 滤 波 电路 ． ＭＩ Ｅ 的基 本 电路如 图 ２所示 。该 电路 包括 共模 电感 Ｌ、 波 电容 ＭＩ 滤 ｃ．ｃ ， 中Ｌ对 串模 干扰不起作 用 ， 当共 模干扰 出现时 ， ～ 其 但 由于两 个线 罔的磁通 方向相 同， 经过耦合后 总电感量迅速增大 ， 因此其 对共模 信号 有很 大的感抗 ， 使之不宜通过 ， 故也称 作共模扼 流圈 。电容 Ｃ 和 ｃ采用 ． 薄 膜电容 器 ， 容量 大致 为 ０１ Ｆ ０ ７ Ｆ主要 是用来 滤除 串模干扰 。Ｃ ．ｕ ～ ． ｕ ， ４ ， 和 Ｃ跨接 在输 出端 ， 并将 电容器 的中点接地 ， 能有效 的抑制共模 干扰。 另外 ， ＭＩ Ｅ 滤波 电路应对 串模 、 共模 干扰都起 到一定抑制作用 。
直
一
种 小 型 化 高 效 率 离 线 式 直 流 开 关 电 源 硇 前级 设 计
周 口职 业技 术 学 院机 电工程 系 崔 东风
［ 摘
王 晓梅
要］ 本文首先对 离线式开 关电源前级部分 涉及到的相 关概 念及原理作 一介 绍 ， 然后针 对本文设计 的离线式直流开 关电源 中的
前级 电路 的各部 分具体设计 过程进行 了详细分析 。前级 电路 的具体设 计和各种 器参数的 选择 都体现 出 了小型 、 高效的设计 主 旨。 该设计方案对应的 电路 系统具有较好 的稳定性和 可靠性 。
基于WT6632F的65WPD开关电源的设计
基于WT6632F的65WPD开关电源的设计基于WT6632F的65WPD开关电源的设计是一种用于为电子设备提供高效电力的电源设计。
WT6632F是一款具有多种保护功能的集成电路，适用于高效率隔离电源设计。
下面将从电源拓扑、功率转换、保护功能以及设计布局等方面，详细探讨基于WT6632F的65WPD开关电源的设计。
首先，根据65WPD的要求，可选取降压型稳压器作为电源拓扑，通过将输入交流电转换为直流电，并经过适当的电子元件和保护电路，实现输出稳压和过载保护。
其次，在功率转换方面，选择WT6632F集成电路作为控制主芯片，可通过其内部的PWM控制器来实现高效、可靠的电能转换。
该芯片内部具有一系列关键功能，包括过压保护、欠压保护、短路保护、过电流保护和过温保护等。
这些保护功能可以显著提高电源的稳定性和安全性。
然后，设计布局方面需要注意将输入和输出部分隔离，同时要防止高频噪音干扰。
可采用双层PCB设计，将输入部分和输出部分分开布局，并且通过适当的线路隔离和滤波电容来降低干扰。
此外，通过对输入滤波器的设计，可有效抑制开关电源输入端的高频噪音干扰，确保输入电流的纹波和噪音水平尽可能低。
同时，在输出端也需要合适的滤波电容和线路布局，以降低输出纹波和噪音，确保输出电流的稳定性和质量。
总之，基于WT6632F的65WPD开关电源的设计需要考虑电源拓扑、功率转换、保护功能和设计布局等多个方面。
只有在合理选择电源拓扑、充分利用WT6632F的保护功能、优化设计布局等条件下，才能实现高效、稳定、可靠的65WPD开关电源。
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（二）开关管的开关损耗分析
在常规技术下，开关损耗随开关频率的升 高而上升， 轻载时（如30%负载）开关电源的效率会 明显降低。
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2.1 开关管开关损耗产生的原因
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开关过程对损耗的影响
开关管开关过程是开关感性负载， 开通过程需要电流首先上升到“电源电流”， 然后才是电压的下降； 关断过程则是电压上升到“电源电压”，然 后才是电流的下降。 这些过程中，有电压电流同时存在的现象。 其电流、电压的乘积非常高，因而产生开关 损耗。
选择肖特基二极管要选用漏电流低的型号。
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1.4 同步整流器可以使输出整流器的 导通损耗降低
为了降低输出整流器的导通损耗，可以采 用MOSFET构成同步整流器，如果一个导 通电阻为10mΩ的MOSFET流过20A电流， 其导通电压降仅仅0.2V！明显低于肖特基 二极管的在这个电流下的导通电压，如果 流过10A电流，则导通电压会更低。 现在的高效率开关电源的输出整流器主要 采用同步整流器。
1. 对于MOSFET而言，降低导通电阻可以有 效降低导通损耗。
例如将IRF840换成IRF740可以将导通电 阻从0.8Ω降低到0.55Ω，导通损耗可以降低 40%以上； 若采用CoolMOS的SPP07N06C3 (RDS(ON)=0.6Ω) 替代IRFBC40（RDS（ON）=1.2Ω）导通损耗可 以降低一半。
一、开关电源损耗分析与 减小的方法
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（一）导通损耗分析
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1.1 常规技术下变换器的损耗主要是 开关管和输出整流器的损耗
1. 开关管的导通损耗； 2. 开关管的开关损耗。
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MOS作为开关管时的导通损耗
其中的电压和电流均为有效值。
4
矩形波电流与占空比的关系
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降低开关管的导通电压可以有效地 降低导通损耗
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增加占空比可以降低导通损耗
在开关管额定电流相同的条件下，占空比 为0.5的导通损耗是占空比0.4的导通损耗的 80%。
这种损耗的减少是在不增加成本和电路复 杂性条件下通过改变工作状态轻而易举得 到的。
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常规技术下开关管的导通损耗比例
MOSFET作为开关管时，导通损耗一般占 开关管总损耗的2/3； IGBT作为开关管时，导通损耗一般占开关 管总损耗的1/3。
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近几年新出的FRED的IRM则仅为其 额定电流的2/3或更低。
DPG30C200HB
VRRM, (V) 200
IFAVM, d = 0.5, Total, (A) 30
IFAVM, d = 0.5, Per Diode, (A) 15
@ TC, (°C) 140
IFRMS, (A) - IFSM, 10 ms, TVJ=45°C, (A) 150
驱动能力对开关损耗产生的影响
驱动MOSFET实际上是对MOSFET的栅极 电容的充放电过程。 例如在100ns时间内驱动一个100nC栅极电 荷的MOSFET由关断到导通或由导通到关 断需要1A驱动电流，如果是200mA则驱动 时间就会变为500ns。对应的开关损耗将会 增加到1A驱动电流的5倍。 因此，驱动电流对于快速开关MOSFET非 常重要。
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栅极电荷对开关损耗产生的影响
在相同的驱动条件下，IRFP450的开关时 间大约为FQAF16N50的2.86倍； 是STE14NK50Z的2.58倍。 对应的ORFP450的开关损耗也将是 FQAF16N50的2.86倍， STE14NK50Z的 2.58倍。
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二极管反向恢复过程产生对开关管 开关损耗产生的影响
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1.2 降低导通损耗的方法
选择合适的工作模式，尽可能的提高开关管的导 通占空比（不能无限制增加）； 选择导通电阻相对低的MOSFET； 降额使用，例如将可以输出250W的TOP250用于 输出50W的方案中，可以使电源效率达到87%； 选择产品出厂时间比较晚的器件性能会比出厂时 间比较早的器件导通电阻小； 选择导通电压降更低的器件作为开关管， 例如用IRF740替代IRF840，或者采用CoolMOS 替代常规MOS的方法。
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1.3.输出整流器的损耗
输出整流器的损耗主要是导通损耗。
在低电压输出时（如5V或3.3V），即使采 用肖特基二极管（导通电压降约0.5V）作 为输出整流器，其导通损耗也会使这一部 分的效率不足10%！这样整机的效率大部 分不会超过80%。
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需要注意肖特基二极管的漏电流
尽管肖特基二极管的导通电压降比较低，但 是肖特基二极管的漏电流比较大，应用不当 时会出现高温状态下的漏电流产生的损耗会 比由于低导通电压所减少的损耗还大。 这就是有时应用肖特基二极管时效率并不是 很高的原因之一。
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二极管的反向恢复电流对开关过程的影响
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结温升高导致反向恢复峰值电流的增加
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IRM值有多大？
一般的FRED在100A/μs和150℃结温条件 下要比其正向额定电流还大。
为了降低600V耐压的FRED反向峰值电流， 甚至还采用了两只300V耐压的FRED ，特 别是在功率因数校正应用中。
VF, max, TVJ =150°C, (V) 1.00
@ IF, (A) 15
trr, typ, TVJ =25°C, (ns) 35
IRM , typ, TVJ =100°C, (A) 3
@ -di/dt, (A/µs) 200
TVJM, (°C) 175
RthJC, max, (°C/W) 1.70
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栅极电荷对开关损耗产生的影响
其中对MOSFET开关过程影响最大的是米 勒电荷，即栅-漏极电荷。 例如栅极电荷为140nC的IRFP450 （14A/500V）的栅-漏极电荷为80nC。 而fairchild的FQAF16N50 （16A/500V， 全塑封装为11.5A）的栅-漏极电荷为28nC； ST的STE14NK50Z的栅-漏极电荷为31nC
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开关过程对开关损耗的影响
开关管的开关过程中，电流、电压同时存在， 这个过程越长开关损耗越大。 1. 在开关管的开关过程中让电流、电压相对 的相位发生变化可以降低开关损耗； 2. 在开关管的开关过程中电流、电压值存在一 个，而另一个为零，可以消除开关损耗； 3. 缩短开关过程可以减小开关损耗
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