资源描述：
《理解功率MOSFET的开关损耗MOSEFT分析》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在工程资料-天天文库。
1、理解功率MOSFET的开关损耗MOSEFT分析:S时间:2009-12-145938次阅读【网友评论3条我要评论】收藏木文详细分析计算开关损耗，并论述实际状态下功率MOSFET的开通过程和自然零屯压关断的过程，从而使电子工程师知道哪个参数起主导作用并更加深入理解MOSFEToMOSFET开关损耗1开通过程中MOSFET开关损耗功率MOSFET的栅极电荷特性如图1所示。值得注意的是：下面的开通过程对应着BUCK变换器上管的开通状态，对于下管是0电压开通，因此开关损耗很小，可以忽略不计。图1MOSFET开关过程屮栅极电荷特性开通过程中，从to时刻起，栅源极间电容开始充电，栅电压开始上升，栅极电
2、压为,VGS为PWM栅极驱动器的输出电压，Ron为PWM栅极驱动器内部串联导通电阻，Ciss为MOSFET输入电容，Rg为MOSFET的栅极电阻。VGS电压从0增加到开启阈值电压VTH前，漏极没有电流流过，时间tl为h=+心）・Cg・lnVGS电压从VTH增加到米勒平台电压VGP的时间t2为1VGS处于米勒平台的时间t3为C—[D*十心》)t3也可以用下面公式计算:4_R+心・3g6!注意到了米勒平台后，漏极电流达到系统最大电流ID,就保持在电路决定的恒定最人值TD,漏极电压开始下降，MOSFET固冇的转移特性使栅极电压和漏极电流保持比例的关系，漏极电流恒定，因此栅极电压也保持恒定，这样栅
3、极电压不变，栅源极间的电容不再流过电流，驱动的电流全部流过米勒电容。过了米勒平台后，MOSFET完全导通，栅极电压和漏极电流不再受转移特性的约束，就继续地增大，一直到等于驱动电路的电源的电压。MOSFET开通损耗主要发生在t2和t3时间段。下面以一个具体的实例计算。输入电压12V,输出电压3.3V/6A,开关频率350kIIz,PWM栅极驱动器电压为5V,导通电阻1.5Q,关断的下拉电阻为0.5Q,所用的MOSFET为A04468,具体参数为Ciss=955pF,Coss=145pF,Crss=112pF,Rg=O.5Q；当VGS=4.5V,Qg=9nC；当VGS二10V,Qg=17nC,
4、Qgd=4.7nC,Qgs=3.4nC；当VGS=5V且ID二11.6A,跨导gFS二19S；当VDS二VGS且ID二250uA,VTH=2V；当VGS=4.5V且ID二10A,RDS(ON)=17.4mQ。开通时米勒平台电压VGP：计算可以得到电感＞4.7nH.,满载时电感的峰峰电流为1.454A,电感的谷点电流为5.273A,峰值电流为6.727A,所以，开通时米勒平台电压VGP二2+5.273/19=2.278V,可以计算得到:r,=2-955-1012-In—-=0.976恥f,=2-955-1011-In—=1163-0.976=0.Z，/»o150-98w5112・10亠•(1
5、2-5,273・0.0174)・25-2.278中亦开通过程中产生开关损耗为P1Las(On)二C"・¥・(/2+⑶=0.013ir开通过程中，Crss和米勒平台时间t3成正比，计算可以得出米勒平台所占开通损耗比例为84%,因此米勒电容Crss及所对应的Qgd在M0SFET的开关损耗屮起主导作用。Ciss二Crss+Cgs,Ciss所对应电荷为Qg。对于两个不同的M0SFET,两个不同的开关管，即使A管的Qg和Ciss小于B管的，但如果A管的Crss比B管的大得多时，A管的开关损耗就冇可能大于B管。因此在实际选取M0SFET时，需要优先考虑米勒电容Crss的值。减小驱动电阻可以同吋降低t3
6、和t2,从而降低开关损耗，但是过高的开关速度会引起EMT的问题。提高栅驱动电压也可以降低t3时间。降低米勒电压，也就是降低阈值开启电压，提高跨导，也可以降低t3时间从而降低开关损耗。但过低的阈值开启会使M0SFET容易受到干扰误导通，增大跨导将增加工艺复杂程度和成木。2关断过程中M0SFET开关损耗关断的过程如图1所示，分析和上面的过程相同，需注意的就是此时要用PWM驱动器内部的卜•拉电阻0.5Q和Rg吊联计算，同时电流要用最大电流即峰值电流6.727A来计算关断的米勒平台电压及相关的时间值：VGP二2+6.727/19=2.354V。Il2l0-u.(l2-6.7270.0
7、74)(0.
8、5-i-0.5)“■■0..5、5-2.354厶心)長=70.5+0.5)-955IOHlIn—^―=0156佃2.33*1关断过程中产生开关损耗为:P（o»）=fs•V•寸•（c+⑻-O.OUFCrss—定时，Ciss越大，除了对开关损耗有一定的影响，还会影响开通和关断的延时时间，开通延时为图1中的tl和t2,图2中的t8和t9。b$：5V/Dhk：l.VDiv图2断续模式工作波形Coss产生开关损耗与对开关过程的影
