文档库

最新最全的文档下载
当前位置:文档库 > 功率MOSFET的开关损耗的研究

功率MOSFET的开关损耗的研究

功率MOSFET的开关损耗的研究

本文详细分析计算开关损耗开关损耗,并论述实际状态下功率MOSFETMOSFET的开通过程和自然零电压关断零电压关断的过程,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MOSFET。

MOSFET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。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1 MOSFET开关过程中栅极电荷特性

开通过程中,从t0时刻起,栅源极间电容开始充电,栅电压开始上升,栅极电压为

其中:,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t1为

VGS电压从VTH增加到米勒平台电压VGP的时间t2为

VGS处于米勒平台的时间t3为

t3也可以用下面公式计算:

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大值ID,漏极电压开始下降,MOSFET固有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,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350kHz,PWM栅极驱动器电压为5V,导通电阻1.5Ω,关断的下拉电阻为0.5Ω,所用的MOSFET为AO4468,具体参数为Ciss=955pF,Coss=145pF,Crss=112pF,Rg=0.5Ω;当VGS=4.5V,Qg=9nC;当VGS=10V,Qg=17nC,Qgd=4.7nC,Qgs=3.4nC;当VGS=5V且ID=11.6A,跨导gFS=19S;当VDS=VGS且ID=250μA,VTH=2V;当VGS=4.5V且ID=10A,RDS(ON)=17.4mΩ。

开通时米勒平台电压VGP:

计算可以得到电感L=4.7μH.,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=2+5.273/19=2.278V,可以计算得到:

开通过程中产生开关损耗为