[资料] 功率MOSFET的开关损耗:关断损耗

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助理工程师

发表于 2017-3-6 15:19:01   113 查看 2 回复 显示全部楼层 倒序浏览
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功率MOSFET的感性负载关断过程和开通过程一样,有4个阶段,但是时间常数不一样。驱动回路的等效电路图如图1所示,RG1为功率MOSFET外部串联的栅极电阻,RG2为功率MOSFET内部的栅极电阻,RDown为驱动电路的下拉电阻,关断时栅极总的等效串联栅极电阻RGoff=RDown+RG1+RG2。

1.webp.jpg
图1:功率MOSFET驱动等效电路

2.webp.jpg
图2:功率MOSFET关断波形

(1)模式M1:t5-t6

栅极驱动信号关断,VGS电压从VCC以指数关系下降,ID电流、VDS电压维持不变,在t6时刻,VGS降为米勒平台电压,这个阶段结束。

3.JPG


在实际应用中如连续模式CCM工作的BUCK变换器,电感电流在开通时刻和关断时刻并不一样,因此开通时刻和关断时刻的米勒平台电压VGP也不一样,要分别根据各自的电流和跨导计算实际的米勒平台电压。

(2)模式M2:t6-t7

在t6时刻,功率MOSFET进入关断的米勒平台区,这个阶段的ID电流保持不变,VDS电压下升到最大值即电源电压VDD后,这个阶段结束。


整个米勒平台持续的时间为:

4.webp.jpg


(3)模式M3:t7-t8


从t7时刻开始,ID电流从最大值减小,VDS电压保持电源电压VDD不变,当VGS电压减小到VGS(th)时,ID电流也减小到约为0时,这个阶段结束。


VGS电压的变化公式和模式1相同,只是起始电压和结束电压不一样。


(4)模式M4:t8-t9

这个阶段为ID电流为0,VDS电压保持电源电压VDD不变,当VGS电压减小到0时,这个阶段结束,VGS电压的变化公式和模式1相同。

在关断过程中,t6~t7和t7~t8二个阶段电流和电压产生重叠交越区,因此产生开关损耗。

关断损耗可以用下面公式计算:

5.webp.jpg


同样,关断损耗的米勒平台时间在关断损耗中占主导地位。对于两个不同的MOSFET,如A管和B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管的开关损耗就有可能大于B管,因此选取的MOSFET开关损耗占较大比例时,需要优先考虑米勒电容Crss的值。

整体开关损耗为开通及关断的开关损耗之和:

6.webp.jpg


从上面的分析可以得到以下结论:


(1)减小驱动电阻可以减小线性区持续的时间,提高开关的速度,从而降低开关损耗,但是过高的开关速度会引起EMI的问题。


(2)提高栅极驱动电压也可以提高开关的速度,降低开关损耗。同时,高的栅极驱动电压会增加驱动损耗,特别是轻载的时候,对效率的影响更明显。


(3)降低米勒电压,也就是降低阈值开启电压同时提高跨导,也可以提高开关速度,降低开关损耗。但过低的阈值电压会使MOSFET容易受到干扰误导通,而跨导和工艺有关。


标签:开关

资深工程师

发表于 2017-3-6 19:30:35  
华强PCB打样
有些专业了  学习了解一下
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技术员

发表于 7 天前  
太好了,支持楼主,以后多向您学习/
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实习生

发表于 6 天前   来自发烧友APP
受教了
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