怎样降低MOSFET损耗和提高EMI性能?

发布时间:2022-01-25 阅读量:1439 来源: 我爱方案网 作者: 我爱方案网整理

主要阐述了MOSFET在模块电源中的应用,分析了MOSFET损耗特点,提出了优化方法;并且阐述了优化方法与EMI之间的关系。


MOSFET作为主要的开关功率器件之一,被大量应用于模块电源。了解MOSFET的损耗组成并对其分析,有利于优化MOSFET损耗,提高模块电源的功率;但是一味的减少MOSFET的损耗及其他方面的损耗,反而会引起更严重的EMI问题,导致整个系统不能稳定工作。所以需要在减少MOSFET的损耗的同时需要兼顾模块电源的EMI性能。开关管MOSFET的功耗分析


怎样降低MOSFET损耗和提高EMI性能?


MOSFET的损耗主要有以下部分组成:

1.通态损耗;2.导通损耗;3.关断损耗;4.驱动损耗;5.吸收损耗;

随着模块电源的体积减小,需 要将开关频率进一步提高,进而导致开通损耗和关断损耗的增加,例如300kHz的驱动频率下,开通损耗和关断损耗的比例已经是总损耗主要部分了。


MOSFET导通与关断过程中都会产生损耗,在这两个转换过程中,漏极电压与漏极电流、栅源电压与电荷之间的关系如图1和图2所示,现以导通转换过程为例进行分析:

t0-t1区间:栅极电压从0上升到门限电压Uth,开关管为导通,无漏极电流通过这一区间不产生损耗;


t1-t2区间:栅极电压达到Vth,漏极电流ID开始增加,到t2时刻达到最大值,但是漏源电压保持截止时高电平不变,从图1可以看出,此部分有VDS与ID有重叠,MOSFET功耗增大;


t2-t3区间:从t2时刻开始,漏源电压VDS开始下降,引起密勒电容效应,使得栅极电压不能上升而出现平台,t2-t3时刻电荷量等于Qgd,t3时刻开始漏极电压下降到最小值;此部分有VDS与ID有重叠,MOSFET功耗增大


t3-t4区间:栅极电压从平台上升至最后的驱动电压(模块电源一般设定为12V),上升的栅压使导通电阻进一步减少,MOSFET进入完全导通状态;此时损耗转化为导通损耗。

关断过程与导通过程相似,只不过是波形相反而已;关于MOSFET的导通损耗与关断损耗的分析过程,有很多文献可以参考,这里直接引用《张兴柱之MOSFET分析》的总结公式如下:


怎样降低MOSFET损耗和提高EMI性能?


备注:为上升时间, 为开关频率, 为下降时间,为栅极电荷,为栅极驱动电压 为MOSFET体二极管损耗。



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