功率MOSFET的开关损耗：关断损耗

Jessie唐

功率MOSFET的感性负载关断过程和开通过程一样，有4个阶段，但是时间常数不一样。驱动回路的等效电路图如图1所示，RG1为功率MOSFET外部串联的栅极电阻，RG2为功率MOSFET内部的栅极电阻，RDown为驱动电路的下拉电阻，关断时栅极总的等效串联栅极电阻RGoff=RDown+RG1+RG2。

图1：功率MOSFET驱动等效电路

图2：功率MOSFET关断波形

（1）模式M1：t5-t6

栅极驱动信号关断，VGS电压从VCC以指数关系下降，ID电流、VDS电压维持不变,在t6时刻，VGS降为米勒平台电压，这个阶段结束。

在实际应用中如连续模式CCM工作的BUCK变换器，电感电流在开通时刻和关断时刻并不一样，因此开通时刻和关断时刻的米勒平台电压VGP也不一样，要分别根据各自的电流和跨导计算实际的米勒平台电压。

（2）模式M2：t6-t7

在t6时刻，功率MOSFET进入关断的米勒平台区，这个阶段的ID电流保持不变，VDS电压下升到最大值即电源电压VDD后，这个阶段结束。

整个米勒平台持续的时间为：

（3）模式M3：t7-t8

从t7时刻开始，ID电流从最大值减小，VDS电压保持电源电压VDD不变，当VGS电压减小到VGS(th)时，ID电流也减小到约为0时，这个阶段结束。

VGS电压的变化公式和模式1相同，只是起始电压和结束电压不一样。

（4）模式M4：t8-t9

这个阶段为ID电流为0，VDS电压保持电源电压VDD不变，当VGS电压减小到0时，这个阶段结束，VGS电压的变化公式和模式1相同。

在关断过程中，t6~t7和t7~t8二个阶段电流和电压产生重叠交越区，因此产生开关损耗。

关断损耗可以用下面公式计算：

同样，关断损耗的米勒平台时间在关断损耗中占主导地位。对于两个不同的MOSFET，如A管和B管，即使A管的Qg和Ciss小于B管的，但如果A管的Crss比B管的大得多时，A管的开关损耗就有可能大于B管，因此选取的MOSFET开关损耗占较大比例时，需要优先考虑米勒电容Crss的值。

整体开关损耗为开通及关断的开关损耗之和：

从上面的分析可以得到以下结论：

（1）减小驱动电阻可以减小线性区持续的时间，提高开关的速度，从而降低开关损耗，但是过高的开关速度会引起EMI的问题。

（2）提高栅极驱动电压也可以提高开关的速度，降低开关损耗。同时，高的栅极驱动电压会增加驱动损耗，特别是轻载的时候，对效率的影响更明显。

（3）降低米勒电压，也就是降低阈值开启电压同时提高跨导，也可以提高开关速度，降低开关损耗。但过低的阈值电压会使MOSFET容易受到干扰误导通，而跨导和工艺有关。

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