功率MOSFET的開關損耗：關斷損耗

小融一號

功率MOSFET的感性負載關斷過程和開通過程一樣，有4個階段，但是時間常數不一樣。驅動回路的等效電路圖如圖1所示，RG1為功率MOSFET外部串聯的柵極電阻，RG2為功率MOSFET內部的柵極電阻，RDown為驅動電路的下拉電阻，關斷時柵極總的等效串聯柵極電阻RGoff=RDown+RG1+RG2。

圖1：功率MOSFET驅動等效電路

圖2：功率MOSFET關斷波形

（1）模式M1：t5-t6

柵極驅動信號關斷，VGS電壓從VCC以指數關系下降，ID電流、VDS電壓維持不變,在t6時刻，VGS降為米勒平臺電壓，這個階段結束。

在實際應用中如連續模式CCM工作的BUCK變換器，電感電流在開通時刻和關斷時刻并不一樣，因此開通時刻和關斷時刻的米勒平臺電壓VGP也不一樣，要分別根據各自的電流和跨導計算實際的米勒平臺電壓。

（2）模式M2：t6-t7

在t6時刻，功率MOSFET進入關斷的米勒平臺區，這個階段的ID電流保持不變，VDS電壓下升到最大值即電源電壓VDD后，這個階段結束。

（3）模式M3：t7-t8

從t7時刻開始，ID電流從最大值減小，VDS電壓保持電源電壓VDD不變，當VGS電壓減小到VGS(th)時，ID電流也減小到約為0時，這個階段結束。

VGS電壓的變化公式和模式1相同，只是起始電壓和結束電壓不一樣。

（4）模式M4：t8-t9

這個階段為ID電流為0，VDS電壓保持電源電壓VDD不變，當VGS電壓減小到0時，這個階段結束，VGS電壓的變化公式和模式1相同。

在關斷過程中，t6~t7和t7~t8二個階段電流和電壓產生重疊交越區，因此產生開關損耗。

從上面的分析可以得到以下結論：

（1）減小驅動電阻可以減小線性區持續的時間，提高開關的速度，從而降低開關損耗，但是過高的開關速度會引起EMI的問題。

（2）提高柵極驅動電壓也可以提高開關的速度，降低開關損耗。同時，高的柵極驅動電壓會增加驅動損耗，特別是輕載的時候，對效率的影響更明顯。

（3）降低米勒電壓，也就是降低閾值開啟電壓同時提高跨導，也可以提高開關速度，降低開關損耗。但過低的閾值電壓會使MOSFET容易受到干擾誤導通，而跨導和工藝有關。

文章來源：微信公眾號   融創芯城（一站式電子元器件、PCB、PCBA購買服務平臺，項目眾包平臺，方案共享平臺）