芯耀
759
Part 01、前言
MOSFET導通過程中的開關損耗這部分內(nèi)容是關于MOSFET在開關過程中的交叉損耗Cross Loss計算，主要涉及導通時間的估算和功耗分析。公式是什么？如何計算呢？設計中又有哪些需要注意的地方？接下來就把它通俗易懂地講一下。以下分析基于MOSFET驅(qū)動感性負載哦，如果是驅(qū)動阻性負載，算法是不一樣的，大家注意！
交叉損耗是啥？
交叉損耗是MOSFET在開關過程中，比如從關斷到導通產(chǎn)生的功耗。那它為啥會產(chǎn)生呢？原因是MOSFET導通時，漏源電壓Vds和電流ID不是瞬間變化的，而是有個過渡過程。這段時間里，電壓和電流同時存在，功率 Vds× ID就會產(chǎn)生損耗。
那為啥要算它呢？
交叉損耗直接影響MOSFET的發(fā)熱和效率，尤其在高頻開關電路，比如DC-DC轉換器中，頻率高了，損耗累積就很可觀，散熱設計就得跟上。
Part 02、計算過程
1.交叉損耗的計算公式
Vin:輸入電壓
Io:負載電流
tcrossturnon：交叉時間(導通過程中的電壓電流重疊時間)
fsw:開關頻率
2.交叉時間的計算：tcrossturnon
交叉時間tcrossturnon是MOSFET從關斷到完全導通的過渡時間，計算方法如下:
t3：米勒平臺階段，漏源電壓Vds從高電壓下降到導通狀態(tài)的時間。
2.1.計算t2：柵極充電時間
Tg:柵極充電時間常數(shù):
Rdrive:驅(qū)動電阻，假定是2Ω
Cg:柵極電容，假定是300pF（包括柵源電容Cgs 和柵漏電容Cgd)
Io:負載電流，假定是22A
g:MOSFET的跨導，假定是100S
Vdrive:驅(qū)動電壓，假定是4.5V
VT:閾值電壓，假定是1.05V
代入公式可得：
t2是柵極電壓從閾值電壓上升到米勒平臺的時間，這段時間MOSFET剛開始導通，電流ID逐漸上升，但Vds還沒明顯下降。
2.2.計算t3：米勒平臺時間
公式如下：
Vin:輸入電壓，假定是15V
Rdrive:驅(qū)動電阻，假定是2Ω
Cgd:柵漏電容，假定是0.75 pF
Vdrive, VT, Io, g假定值同上：
代入公式：
t3是米勒平臺階段，柵極電壓被"卡住"，因為柵漏電容Cgd在充電，Vds 快速下降，電流ID已經(jīng)接近滿載，這段時間是交叉損耗的主要來源。
那么總交叉時間tcrossturnon計算如下：
代入公式：
假定開關頻率是500KHz，那么：
0.64W的交叉損耗是在500kHz開關頻率下的功耗，說明MOSFET每次開關都會產(chǎn)生微小損耗，頻率越高，累積損耗越大。
Part 03、總結
1.驅(qū)動電阻越小，柵極充電越快，t2和t3都會縮短。比如把Rdrive從2Ω降到1Ω，Tg變成6.3ns，t2和t3都會減半，損耗也能降到0.32W左右。
2.選擇Cgd小的MOSFET，縮短米勒平臺時間。
3.如果能把頻率從500kHz降到250 kHz，損耗直接減半到0.32W。但頻率低了，可能會影響電路性能，比如增大電感和電容的體積。
4.0.64W損耗不算大，但如果MOSFET還有導通損耗（I × I?× RDS(on)）和其他損耗，整體發(fā)熱可能需要散熱片。
通過上面的實例可以發(fā)現(xiàn)，MOSFET的交叉損耗主要是導通過程中電壓和電流重疊產(chǎn)生的，算下來是0.64W，主要由t2（柵極充電）和t３（米勒平臺）決定。設計時可以降低驅(qū)動電阻、選Cgd小的MOSFET，或者降低開關頻率來優(yōu)化。
有問題歡迎在評論區(qū)留言交流哦！
