学会这几个公式，轻松搞定MOSFET开关损耗计算
学会这几个公式，轻松搞定MOSFET开关损耗计算
在电子电路设计中，MOSFET的开关损耗是一个关键因素，直接影响着电路的整体能效和性能优化。本文将详细解析MOSFET开关过程，并提供实用的计算公式，帮助工程师们在设计中做出更明智的选择。
MOSFET 开关过程
MOSFET的开关过程如上图所示，当驱动到来之后，Vgs会开始呈指数增加，到达Vgs(th)之后，drain极电流开始增大，直到Vgs增大到miller平台电压，此时Id达到最大值，然后Vgs维持在miller平台电压，Vds开始呈线性下降。直到Vds掉到接近于零，此时为t3时刻，可以认为MOS完全导通，之后Vgs会继续上升直到达到Vdd。
而MOSFET的关断过程如图t3~t7时刻所示，与导通过程刚好相反。
开关损耗计算
MOSFET的开关损耗主要来源于开通和关断过程中，电流与电压的交叠。我们可以根据MOSFET的数据手册中的参数进行以下计算：
其中，
- Cgd = Crss
- Cgs = Ciss - Crss
- Cds = Coss - Crss
一般对于SJ MOS来说，
- R = Rdrive-up + Rg（Rdrive-up为驱动电路上拉电阻，Rg为Mos的栅极电阻)
计算开关损耗时，我们看到在Vgs到达Vgs(th)之前，Id为零，所以t0~t1 期间内无开关损耗。
在t1t2 时间，Id近似线性增加，Vds略做下降，所以在t1t2时间内的损耗为：
当t2 时刻，Vgs达到miller平台电压后，Id达到最大值，Vds开始线性减小，这段时间内的损耗为：
以上Id和Vds都是由电路决定的，而时间是由MOSFET本身的特性决定的。
开通过程的损耗计算
计算 t1t2 和 t2t3 时间，首先计算 t1~t2 时间，在到达miller平台电压之前：
那么，
其次计算 t2~t3 的时间，即miller平台时间，在miller平台时间内，栅极电流给Cgd充电，使DS电压线性降低，栅极充电电流恒定为：
此电流给Cgd充电直到Vgd=0，miller平台结束，因此，
那么在一个开通过程中，总的开通损耗为：
关断过程的损耗计算
关断时的损耗计算与导通相似，主要计算在Miller平台电压下降过程中，电流与电压的变化，分别为：
其中，
在t6~t7 时间内，Vgs 电压为：
上面两式中，R=Rdrive-down+Rg（Rdrive-down为驱动电路的下拉电阻），从而，
那么在一个关断过程中，总的关断损耗为：
令开通过程总栅极电阻为Rup，关断过程中的总栅极电阻为Rdown，那么一个开关过程中的损耗能量为：
而开关功耗为：
其中，fsw为开关频率。
实际应用中的注意事项
在实际计算开关损耗时，我们还需要考虑以下因素：
- MOS管的Ciss，Crss和Coss都是随Vds变化的，尤其是Crss曲线的强非线性，造成了DS电压上升下降的强非线性，造成了计算值和实际测量结果差别较大。
- 当然，在计算开关损耗的过程中，不要忽略了Coss电容上充放电产生的损耗和驱动损耗。其中Coss电容的充放电损耗为：
后期，我们会针对Crss的非线性专门做一期内容来详述在这种情况下如何较精确计算损耗哦！大家敬请期待
通过本文，工程师可以更好地理解并计算MOSFET的开关损耗，进而优化电路设计，提升能效。