mos 管的开关损耗对mos 管的选型和热评估有着重要的作用,尤其是在高频电路中,比如开关电源,逆变电路等。
首先,我们来看下理想的mosfet 开关波形,如图figure 1, 以及对应的开关损耗常见的评估方法.
figure 1. v & i waveforms when switching an inductive load
交越时间tcross, vds 与 id 组成的阴影面积为导通时的能量损耗:
假设mosfet 开通和关断的交越时间均为tcross,那么我们可以得出一个完整开关周期的开关损耗如下:
我们把栅极驱动信号同步到图figure 1中, 如figure 2 所示,此时对应的交越时间为 t1 + t2。
figure 2. ideal waveforms at mosfet turn on
如果考虑源极的寄生电感,驱动电路如figure 3 所示.
figure 3. mosfet with **parasitic inductance
对t1 区间进行分析:
栅极电压以及寄生电感电压为:
由于t1 时间很短,所以我们可以近似用上管刚导通时的谷底电流io- δi/2 来替代dids。
栅极驱动电流:
t1 的时间计算:
mos 在 t1 区间对应的功率损耗:
对t2 区间进行分析:
寄生电感电压为:
由于t2 时间很短,电感电流可以近似为不变,变化的是下管关断时下管输出电容充电电流icoss(ls)
栅极驱动电流:
t2 的时间计算:
mos 在 t2 区间对应的功率损耗:
那么开通时mos的开启损耗为:
类似的分析方法,根据mos 管的关断波形 figure 4,我们可以推导出对应的损耗:
figure 4. ideal waveforms at mosfet turn off
那么开通时mos的关断时损耗为:
那么mos 在一个完整开关周期的开关损耗为:
如果开通和关断时的交越时间相同,那么开关损耗就可以简化为如下:
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