在感性负载下的开关损耗公式推导课件.ppt

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1、MOSFET在感性负载下的开关损耗公式张兴柱博士2015年6月1一：分析MOSFET开关过程的原理图21：电流负载下的等效电路下面的分析中假定：---电感电流在开关过程中保持不变；---MOSFET要考虑其寄生参数；---二极管分两种情况（无反向恢复和有反向恢复）。32：分析用MOSFET的简化等效电路为了简化分析，先对进行分析然后再从它的分析结果，来对比分析获得时的结果4二：MOSFET的开关过程原理及分析（二极管无反向恢复）5--在t0前，MOSFET工作于截止状态，t0时，MOSFET被驱动开通；开通过程的轨迹图开通过程的波形图[t0-t1]区间：图中红色Phase1这点轨迹。MOSF

2、ET的GS电压经Vcc对Cgs充电而上升，在t1时刻，到达维持电压Vgs(th)，MOSFET开始导电。[t0-t1]区间的等效电路1：MOSFET的开通过程原理推导见下页6[t0-t1]区间：方程初始值解t1时刻该间隔是MOSFET的延迟开通间隔。7开通过程的轨迹图开通过程的波形图[t1-t2]区间：图中黄色Phase2这段轨迹。[t1-t2]区间的等效电路另外：当DS电流增加到，该间隔结束，二极管关断。此时：MOSFET的DS电流因Vgs的增加而增加，如下式：从上式，可将DS看作是一个受控电流源。推导见下页8[t1-t2]区间：其中：所以：方程初始值解t2时刻该间隔中DS电压保持不变，M

3、OSFET的DS电流则可近似看成线性上升，间隔结束时刚好上升到外部电流。9开通过程的轨迹图开通过程的波形图[t2-t3]区间的等效电路[t2-t3]区间：图中蓝色Phase3这段轨迹。至t2时刻，MOSFET的DS电流已上升到外部电流并保持不变，导致GS电压保持不变。由于GS电压不变，驱动电流变成恒定并对GD电容进行充电，导致DS电容上的电压线性减小，直到到达饱和区的边界；推导见下页10[t2-t3]区间：MOSFET在t2时刻其DS电流已为IL1，此后GS电压保持不变，门极电流对Cgd充电，直到其进入饱和区的边界。方程初始值解t3时刻（）（）（）该间隔中DS电流保持不变，MOSFET的DS

4、电压则可近似看成线性下降，间隔结束时下降到有对应的饱和电压。另外这个间隔中的二极管因电压反偏而截止。11开通过程的轨迹图开通过程的波形图--[t3-t4]区间：图中绿色Phase4这段轨迹。MOSFET在t3时刻已进入饱和区边界，GS电压不再维持不变，Vcc继续对Cgs充电，GS电压继续上升，使MOSFET的通态电阻减小，从而DS电压也继续减小，直到t4时刻，GS电压上升到Vcc为止。由于这个间隔内，MOSFET的通态压降虽有减小，但变化不大，所以可不计为开通损耗，而将其看作通态损耗。该间隔中的DS电压随着的继续增加，还会略略减小，间隔中虽然有损耗，但非常小。该间隔的时间也可以计算，但由于其

5、损耗已不按开通损耗来算，所以就不需要这个数据了。12开通损耗：如电流、电压波形均用用线性近似，则有：其中：132：MOSFET的关断过程原理--在t5前，MOSFET工作于导通状态，t5时，MOSFET被驱动关断；关断过程的轨迹图关断过程的波形图[t5-t6]区间：图中绿色Phase1这段轨迹。MOSFET的Cgs电压经驱动电路电阻放电而下降，使饱和区电阻微微上升，DS电压梢稍增加，但DS电流不变，直到t6时刻到达饱和区边界；[t5-t6]区间的等效电路因这个间隔内MOSFETDS电压很小，其损耗仍然可以计算到MOSFET的通态损耗之内，故这个间隔的时间不用计算。14--[t6-t7]区间：

6、图中蓝色Phase2这段轨迹。在t6时刻，MOSFET进入放大区，因DS电流不变，导致GS电容电压不变，反向驱动电流变成恒定，并对GD电容放电，使DS电压继续增加。关断过程的轨迹图另外：推导见下页15[t6-t7]区间：MOSFET在t6时刻进入放大区，此后GS电压保持不变，门极电流对Cgd放电，直到MOSFETDS电压上升到Voff，二极管D导通为止。（）（）方程初始值解t7时刻（）该间隔中DS电流保持不变，MOSFET的DS电压则可近似看成线性上升，间隔结束时上升到有电压，使二极管因电压正偏而导通。16--[t7-t8]区间：图中黄色Phase3这段轨迹。至t7时刻，MOSFET的DS电

7、压升至Vds(peak2)，使二极管D导通，DS电流下降，GS电压也开始继续下降，直到下降到维持电压Vgsth（t8时刻）为止，此时MOSFETDS的电流已降为零。推导见下页17[t7-t8]区间：二极管在t7时刻进D导通开始，MOSFET电流开始下降，在时刻t8，MOSFET的GS电压下降到Vgs(th)时，其电流完全转移到二极管而关断。方程初始值解t8时刻该间隔中DS电压保持不变，MOSFET的DS电流则