MOSEFT分析：理解功率MOSFET的開關損耗

開通過程中產生開關損耗為

開通過程中，Crss和米勒平臺時間t3成正比，計算可以得出米勒平臺所占開通損耗比例為84%，因此米勒電容Crss及所對應的Qgd在MOSFET的開關損耗中起主導作用。Ciss=Crss+Cgs，Ciss所對應電荷為Qg。對于兩個不同的MOSFET，兩個不同的開關管，即使A管的Qg和Ciss小于B管的，但如果A管的Crss比B管的大得多時，A管的開關損耗就有可能大于B管。因此在實際選取MOSFET時，需要優先考慮米勒電容Crss的值。

減小驅動電阻可以同時降低t3和t2，從而降低開關損耗，但是過高的開關速度會引起EMI的問題。提高柵驅動電壓也可以降低t3時間。降低米勒電壓，也就是降低閾值開啟電壓，提高跨導，也可以降低t3時間從而降低開關損耗。但過低的閾值開啟會使MOSFET容易受到干擾誤導通，增大跨導將增加工藝復雜程度和成本。

2 關斷過程中MOSFET開關損耗

關斷的過程如圖1所示，分析和上面的過程相同，需注意的就是此時要用PWM驅動器內部的下拉電阻0.5Ω和Rg串聯計算，同時電流要用最大電流即峰值電流6.727A來計算關斷的米勒平臺電壓及相關的時間值：VGP=2+6.727/19=2.354V。

關斷過程中產生開關損耗為：

Crss一定時，Ciss越大，除了對開關損耗有一定的影響，還會影響開通和關斷的延時時間，開通延時為圖1中的t1和t2，圖2中的t8和t9。

圖2 斷續模式工作波形

Coss產生開關損耗與對開關過程的影響

1 Coss產生的開關損耗

通常，在MOSFET關斷的過程中，Coss充電，能量將儲存在其中。Coss同時也影響MOSFET關斷過程中的電壓的上升率dVDS/dt，Coss越大，dVDS/dt就越小，這樣引起的EMI就越小。反之，Coss越小，dVDS/dt就越大，就越容易產生EMI的問題。

但是，在硬開關的過程中，Coss又不能太大，因為Coss儲存的能量將在MOSFET開通的過程中，放電釋放能量，將產生更多的功耗降低系統的整體效率，同時在開通過程中，產生大的電流尖峰。

開通過程中大的電流尖峰產生大的電流應力，瞬態過程中有可能損壞MOSFET，同時還會產生電流干擾，帶來EMI的問題；另外，大的開通電流尖峰也會給峰值電流模式的PWM控制器帶來電流檢測的問題，需要更大的前沿消隱時間，防止電流誤檢測，從而降低了系統能夠工作的最小占空比值。

Coss產生的損耗為：

對于BUCK變換器，工作在連續模式時，開通時MOSFET的電壓為輸入電源電壓。當工作在斷續模式時，由于輸出電感以輸出電壓為中心振蕩，Coss電壓值為開通瞬態時MOSFET的兩端電壓值，如圖2所示。

2 Coss對開關過程的影響

圖1中VDS的電壓波形是基于理想狀態下，用工程簡化方式來分析的。由于Coss存在，實際的開關過程中的電壓和電流波形與圖1波形會有一些差異，如圖3所示。下面以關斷過程為例說明。基于理想狀態下，以工程簡化方式，認為VDS在t7時間段內線性地從最小值上升到輸入電壓，電流在t8時間段內線性地從最大值下降到0。

圖3 MOSFET開關過程中實際波形