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必了解的開關電源之元器件選擇（四）

來源：東莞市成良智能科技發(fā)布時間：2019-08-02 點擊量：1191

接著繼續(xù)來說說開關電源之元器件選擇的，從MOSFET晶體管的損耗等方面來具體介紹吧。
開關電源之MOSFET晶體管
場效應晶體管有結型和 MOS型。功率場效應管一般是 MOSFET。而MOSFET 還有 P 溝道和 N 溝道。較大功率一般不用 P 溝道，因為與 N 溝道相同電流和電壓定額的管子導通電阻比 N 溝道大，同時開關速度也比 N 溝道慢。開關電源之MOSFET 內部結構源極和漏極對稱的，且可以互換的。只要在柵極和源極（漏極）之間加一定正電壓（N 溝道），就能導通。因此 MOSFET 也常用于同步整流，它能雙向導通電流。

開關電源之MOSFET晶體管損耗
損耗有三個部分：導通損耗，柵極損耗和開關損耗。
導通損耗 MOSFET完全導通時，漏－源之間有一個電阻Ron上的損耗。應當注意手冊上導通電阻測試條件，測試時一般柵極驅動電壓為 15V。如果你的驅動電壓小于測試值，導通電阻應比手冊大，而且導通損耗 P=RonI2 也加大。所以如果你要知道實際結溫，根據熱阻乘以損耗求得結溫，再根據新的熱態(tài)電阻求得損耗，如此反復迭代，直到收斂為止。如果不收斂，損耗功率太大。25R（T ） = R25 ×1.007T ?柵極損耗為驅動柵極電荷損耗。即柵極電容的充放電損耗，它不是損耗MOSFET上，而是柵極電阻或驅動電路上。

雖然開關電源之電容與柵極電壓是高度非線性關系，手冊中給出了柵極達到一定電壓Ug的電荷Qg，因此將此電荷驅動柵極的功率為P=QgVf。
要是實際驅動電壓和手冊對應的電荷規(guī)定電壓不同，可以這樣近似處理，用兩個電壓比乘以柵極電荷比較合理。要是你的柵極電壓比手冊規(guī)定高的話，這樣做最好。但密勒電容電荷是造成計算誤差的主要因素。開關損耗隨著MOSFET的交替導通與截止（非諧振），瞬態(tài)電壓和電流的交越導致功率損耗，稱為開關損耗。

開關電源之電路中帶有電感，電流或電壓一般總是同時達到最大時轉換，如果開關電源之電流或電壓隨時間線性變化，由此可以推導出開關損耗：在斷續(xù)導通模式中，損耗P=IpkUpktsfs/2；而在連續(xù)模式中，此損耗加倍。這里Upk為MOSFET由導通到截止時漏－源電壓（和截止到導通的連續(xù)模式）；Ipk為漏極峰值電流；ts為開關過渡時間；fs為開關頻率。

這就是為什么開關電源之柵極驅動越“硬”損耗越低。從損耗的角度希望驅動越硬越好，也就是要求驅動波形的前后沿陡。但因為MOSFET的輸入是一個電容，驅動波形越陡，即開關時dUg/dt越大，就意味著必須要求驅動電路提供很大的驅動電流，驅動信號源內阻越小越好。
但是開關速度越快，柵極電路微小寄生參數(shù)就會興風作浪，而開關電源的EMI問題越突出?？傊琈OSFET 的總損耗是通態(tài)、柵極電荷和開關損耗之和。而總損耗中僅僅是第一和第三項是損耗在 MOSFET 上的。但是，除了帶有驅動電路的功率模塊以外，柵極驅動電路不可能與柵極連線最短，連線電感是不可避免的。線路

開關電源之電感與輸入電容在驅動電壓激勵下引起嚴重的振蕩，使驅動無法正常工作。為此，一般總在MOSFET柵極串聯(lián)一個電阻，對振蕩阻尼在可接受范圍內。但是，開關電源的電阻的加入破壞了驅動的電源壓特性，限制了驅動電流，降低了前后沿陡度，驅動波形前沿出現(xiàn)明顯指數(shù)上升特性，并在驅動達到MOSFET開啟電壓UT時，由于漏－柵電容放電的密勒效應造成柵極電壓“打折”，加大導通損耗。

在關斷時，密勒電容的放電效應，使得關斷延緩或誤導通，增加了關斷損耗。因此，柵極電阻不能太大，只要抑制振蕩就行。從根本上應當盡量縮短柵極與驅動連接距離。

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