功率MOSFET的開(kāi)關(guān)損耗：關(guān)斷損耗

小融一號(hào)

功率MOSFET的感性負(fù)載關(guān)斷過(guò)程和開(kāi)通過(guò)程一樣，有4個(gè)階段，但是時(shí)間常數(shù)不一樣。驅(qū)動(dòng)回路的等效電路圖如圖1所示，RG1為功率MOSFET外部串聯(lián)的柵極電阻，RG2為功率MOSFET內(nèi)部的柵極電阻，RDown為驅(qū)動(dòng)電路的下拉電阻，關(guān)斷時(shí)柵極總的等效串聯(lián)柵極電阻RGoff=RDown+RG1+RG2。

圖1：功率MOSFET驅(qū)動(dòng)等效電路

圖2：功率MOSFET關(guān)斷波形

（1）模式M1：t5-t6

柵極驅(qū)動(dòng)信號(hào)關(guān)斷，VGS電壓從VCC以指數(shù)關(guān)系下降，ID電流、VDS電壓維持不變,在t6時(shí)刻，VGS降為米勒平臺(tái)電壓，這個(gè)階段結(jié)束。

在實(shí)際應(yīng)用中如連續(xù)模式CCM工作的BUCK變換器，電感電流在開(kāi)通時(shí)刻和關(guān)斷時(shí)刻并不一樣，因此開(kāi)通時(shí)刻和關(guān)斷時(shí)刻的米勒平臺(tái)電壓VGP也不一樣，要分別根據(jù)各自的電流和跨導(dǎo)計(jì)算實(shí)際的米勒平臺(tái)電壓。

（2）模式M2：t6-t7

在t6時(shí)刻，功率MOSFET進(jìn)入關(guān)斷的米勒平臺(tái)區(qū)，這個(gè)階段的ID電流保持不變，VDS電壓下升到最大值即電源電壓VDD后，這個(gè)階段結(jié)束。

（3）模式M3：t7-t8

從t7時(shí)刻開(kāi)始，ID電流從最大值減小，VDS電壓保持電源電壓VDD不變，當(dāng)VGS電壓減小到VGS(th)時(shí)，ID電流也減小到約為0時(shí)，這個(gè)階段結(jié)束。

VGS電壓的變化公式和模式1相同，只是起始電壓和結(jié)束電壓不一樣。

（4）模式M4：t8-t9

這個(gè)階段為ID電流為0，VDS電壓保持電源電壓VDD不變，當(dāng)VGS電壓減小到0時(shí)，這個(gè)階段結(jié)束，VGS電壓的變化公式和模式1相同。

在關(guān)斷過(guò)程中，t6~t7和t7~t8二個(gè)階段電流和電壓產(chǎn)生重疊交越區(qū)，因此產(chǎn)生開(kāi)關(guān)損耗。

從上面的分析可以得到以下結(jié)論：

（1）減小驅(qū)動(dòng)電阻可以減小線性區(qū)持續(xù)的時(shí)間，提高開(kāi)關(guān)的速度，從而降低開(kāi)關(guān)損耗，但是過(guò)高的開(kāi)關(guān)速度會(huì)引起EMI的問(wèn)題。

（2）提高柵極驅(qū)動(dòng)電壓也可以提高開(kāi)關(guān)的速度，降低開(kāi)關(guān)損耗。同時(shí)，高的柵極驅(qū)動(dòng)電壓會(huì)增加驅(qū)動(dòng)損耗，特別是輕載的時(shí)候，對(duì)效率的影響更明顯。

（3）降低米勒電壓，也就是降低閾值開(kāi)啟電壓同時(shí)提高跨導(dǎo)，也可以提高開(kāi)關(guān)速度，降低開(kāi)關(guān)損耗。但過(guò)低的閾值電壓會(huì)使MOSFET容易受到干擾誤導(dǎo)通，而跨導(dǎo)和工藝有關(guān)。

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