MOSFET關(guān)斷過程中的開關(guān)損耗如何計算？800字手把手教你搞定這個電路知識點

Part 01、前言

上一篇文章我們介紹了MOSFET導(dǎo)通過程中的開關(guān)損耗的計算方法，接下來就講一下MOSFET在關(guān)斷過程中的交叉損耗計算，主要是要估算關(guān)斷時的交叉時間，然后算出功耗。

MOSFET關(guān)斷時，漏源電壓Vds和電流ID不是瞬間變成0的，會有個過渡過程。這段時間里，電壓和電流同時存在，功率Vds × ID就變成了損耗。交叉損耗直接影響MOSFET的發(fā)熱，尤其在高頻開關(guān)電路（比如Buck轉(zhuǎn)換器）中，頻率高了，損耗累積起來就不小，散熱得跟上。

Part 02、交叉損耗計算

關(guān)斷交叉損耗的計算公式：

Vin:輸入電壓

Io:負(fù)載電流

tcrossturnoff:關(guān)斷時的交叉時間(也就是電壓電流重疊時間)

fsw:開關(guān)頻率

那么我們需要先計算出關(guān)斷交叉時間tcrossturnoff：

T2：米勒平臺階段，Vds從低電壓上升到高電壓的時間。

T3：柵極電壓從米勒平臺下降到閾值電壓VT的時間。

計算T2：米勒平臺時間

Vin:輸入電壓，假定是15V

Cgd:柵漏電容，假定是0.75pF

Rdrive:驅(qū)動電阻，假定是1Ω

VT:閾值電壓，假定是1.05V

Io:負(fù)載電流，假定是22A

g:MOSFET跨導(dǎo)，假定是100S

代入公式：

T2是米勒平臺階段，柵極電壓被"卡住"，因為柵漏電容 Cgd 在放電，VDs 快速上升到輸入電壓，電流ID開始下降。這段時間是關(guān)斷損耗的主要部分。

計算T3：柵極放電時間

Tg:柵極放電時間常數(shù)：

其中Cg是柵極電容，假定是300pF。

代入公式：

T3是柵極電壓從米勒平臺下降到閾值電壓的時間，MOSFET電流ID已經(jīng)降到0，Vds保持高電壓。

總交叉時間tcrossturnoff：

總關(guān)斷交叉損耗Pcrossturnoff：

代入公式：

0.83W是關(guān)斷時的交叉損耗，500kHz頻率下，每次關(guān)斷都會產(chǎn)生微小損耗，累積起來就是這個數(shù)。

總交叉損耗Pcross：

Pcrossturnon:導(dǎo)通交叉損耗，0.64 W （上一篇文章的計算結(jié)果)

Pcrossturnoff:關(guān)斷交叉損耗，0.83 W

總交叉損耗1.47W是MOSFET在開關(guān)過程中（導(dǎo)通+關(guān)斷）的損耗，加上導(dǎo)通損耗（I × I?× RDS(on)），就可以結(jié)合熱阻來評估總發(fā)熱對應(yīng)的溫升了。

Part 03、總結(jié)

MOSFET關(guān)斷時的交叉損耗主要是T2（米勒平臺）和T3（柵極放電）兩個階段，算下來是0.83W，加上導(dǎo)通損耗，總交叉損耗共1.47W。設(shè)計時可以降低驅(qū)動電阻、選低Cgd的MOSFET，或者調(diào)低頻率來優(yōu)化。

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