开关电源MOSFET的交越损耗分析VIP专享

随着环保节能的观念越来越被各国所重视，电子产品对开关电源需求不断增长，开关电源的功率损耗测量分析也越来越重要。由于开关电源内部消耗的功率决定了电源热效应的总体效率，所以了解开关电源的功率损耗是一项极为重要的工作。本文详细分析开关电源的核心器件之一---MOSFET开关管的交越损耗，从而使电子工程师更加深入理解 MOSFET产生损耗的过程。 MOSFET交越损耗 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。 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=250μ A，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=4.7μ H.，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 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...