MOSFET开关损耗分析：开通过程与零电压关断

"功率MOSFET的开关损耗之探讨" 功率MOSFET在电力电子系统中的应用广泛，其性能直接影响系统的效率和稳定性。本文主要关注MOSFET的开关损耗，这对于优化电源转换器的设计至关重要。开关损耗分为开通损耗和关断损耗，本文主要讨论了开通过程中的损耗。 在MOSFET的开通过程中，其栅极电荷特性起着关键作用。图1描绘了这一过程，展示了栅源极间电容Ciss的充电行为。当开关信号启动，即t0时刻，VGS（栅源电压）开始从0上升。VGS的上升由PWM栅极驱动器控制，其输出电压VGS与PWM驱动器内部的导通电阻Ron、MOSFET输入电容Ciss以及栅极电阻Rg共同决定。 开通过程分为几个阶段：首先，VGS需升至开启阈值电压VTH，这段时间为t1；接着，VGS继续升高至米勒平台电压VGP，这段时间为t2；最后，VGS在米勒平台上保持一段时间t3，直到漏极电流ID达到稳定值。t3也可通过公式计算。在米勒平台上，栅极电压与漏极电流之间的比例关系确保了MOSFET的稳定导通。 开通损耗主要发生在t2和t3期间，因为此时栅源极间电容充电，同时米勒电容放电，导致能量损失。这些损耗与MOSFET的参数（如栅极电荷、开关速度和驱动电压）以及系统条件（如开关频率、输入输出电压和负载电流）密切相关。 例如，对于一个12V输入、3.3V/6A输出、开关频率为350kHz的BUCK变换器，如果PWM栅极驱动器电压为5V，那么在开通过程中，MOSFET的栅极电压会经历快速变化，从而产生显著的开通损耗。通过精确计算和优化这些参数，可以有效地降低开关损耗，提高转换器的效率。 此外，文中还提到了0电压开通（Zero-Voltage Switching, ZVS）技术，特别是在BUCK变换器的下管中应用，由于其在开关过程中电压接近于零，因此开关损耗非常小，可以忽略不计。ZVS技术是减少开关损耗的有效策略之一，它允许MOSFET在几乎无损耗的情况下切换，从而提高系统效率。 理解和分析MOSFET的开关损耗是电子工程师设计高效电源转换器的关键。通过优化MOSFET的控制策略、选择合适的驱动电路和调整开关参数，可以显著降低开关损耗，提升整个系统的表现。