功率MOSFET的阻性负载开关特性

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在功率MOSFET的数据表中，列出了开通延时、开通上升时间，关断延时和关断下降时间，作者经常和许多研发的工程师保持技术的交流，在交流的过程中，发现有些工程师用这些参数来评估功率MOSFET的开关损耗，这种方法是不正确的，原因在于没有理解这些参数的定义。

某种程度上，在功率MOSFET的数据表中，这四个参数的定义比电流的定义更没有意义：花瓶的摆设作用，只能说人有的我也得有吧。

开通延时、开通上升时间，关断延时和关断下降时间的测试条件，以AON6512为例，为：VGS=10V，VDS=15V，RL=0.75Ohm，RG=3Ohm。



开通延时、开通上升时间，关断延时和关断下降时间的测试电路和波形如下图所示，它们时间范围的规定如下：

tD(on)：开通延时，VGS上升、VDS下降过程中，从10%的VGS的最大电压到90%的VDS最大电压的时间。

tr：开通上升时间，VDS下降过程中，从90%的VDS的最大电压到10%的VDS最大电压的时间。

tD(off)：关断延时，VGS下降、VDS上升过程中，从90%的VGS的最大电压到10%的VDS最大电压的时间。

tf：关断下降时间，VDS上升过程中，从10%的VDS的最大电压到90%的VDS最大电压的时间。


图1：阻性开关测试电路和波形

测试时，所用的负载为电阻， 也就是电流和电压线性的变化：开通时，电流从0线性地增加到最大值的同时，电压也线性地从最大值下降到0，如图2所示。反之，关断时，电流从最大值线性地下降到0的同时，电压也线性地从0增加到0最大值。


图2：阻性开通时电流、电压波形

基于上述的波形，在电流和电压重叠的时间区域内对其积分，就可以计算阻性开通时的损耗：



阻性关断的损耗和上面过程相类似，二者相加，就是阻性开关过程中产生的总的开关损耗。

功率MOSFET所接的负载、变换器输出负载和变换器所接的输出负载是三个完全不同的概念，下面以BUCK变换器为例来说明。

功率MOSFET所接的负载：BUCK变换器的功率MOSFET接到电感，因此功率MOSFET所接的负载为感性负载。

变换器输出负载：BUCK变换器的输出为滤波电容，因此输出负载为容性负载。

BUCK变换器所接的输出负载：这就要看其外部实际接到什么负载，研发测试过程中通常使用电子负载，这要看电子负载所设定的为阻性负载还是容性负载。在实际的电路板上，所接的负载差别较大，特性也不同。

在实际应用的过程中，功率MOSFET很少接到纯的阻性负载，大多数负载都为感性负载，如电源和电机控制；还有一部分的负载为容性负载，如负载开关。

既然功率MOSFET所接的负载大多数为感性负载，那么上面基于阻性负载的开关特性和开关时间参数对于实际的应用就完全没有什么价值，以这些参数来计算和校核开关特性和开关损耗也是不正确的，以后将会讨论基于感性负载的开关过程，从而理解开关损耗。



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