理解功率MOSFET的Coss产生损耗

eva1

功率MOSFET的Coss会产生开关损耗，在正常的硬开关过程中，关断时VDS的电压上升，电流ID对Coss充电，储存能量。

在MOSFET开通的过程中，由于VDS具有一定的电压，那么Coss中储能的能量将会通过MOSFET放电，产生损耗。
许多资料中，理论的Coss放电产生的损耗为：


从上式可以看到，Coss放电产生的损耗和容值、频率成正比，和电压的平方成正比。在功率MOSFET的数据表中，Coss对应产生的功耗就是Eoss。

一些低输入电压的应用，如笔记本电脑主板的Buck变换器输入电压为19V，通讯系统板极Buck变换器输入电压为12V，由于工作电压比较低，Coss产生的损耗较小，相对于跨越线性区产生的开关损耗通常可以忽略不计，因此在低压功率MOSFET的数据表中，通常不会列出Eoss。

常用的ACDC变换器如Flyback结构的电源系统，输入的电压范围为100-380VDC，甚至更高的输入电压，Coss产生的损耗所占的比例非常大，甚至成为主导因素，因此在高压功率MOSFET的数据表中，列出Eoss的值。目前有些中压的功率MOSFET的数据表中也列出了Eoss的值。

功率MOSFET的电容特性是非线性的，Coss容值会随着VDS电压变化，因此基于Coss的Eoss也是非线性的，如下图所示。因此，如本文开始部分，直接使用传统电容储能的公式电容的放电损耗是不正确的。


图1：AON6162的Coss和Eoss曲线

Coss曲线的测量方法前面的文章已经介绍过，对Coss的曲线积分，可以得到Qoss：


如图2所示，VDS为30V时对应的Qoss就是图中Coss曲线、水平X轴、VDS=30V垂直线和垂直Y轴所包围的面积。在不同的电压下得到不同的Qoss，就可以作出Qoss-VDS曲线。


图2：基于Coss计算Qoss


图3：AON6162的Qoss曲线

那么如何得到Eoss？可否根据Qoss-VDS的曲线，再对Qoss积分，就可以得到Eoss？


                             
电容Coss随VDS电压变化，不同的电压下容值不同，因此不能使用上面积分的方法来计算Eoss。

考虑到电容Coss随VDS电压变化，为了计算VDS-Eoss曲线，VDS电压从0开始，使用小的电压增幅间隔，例如：0.5V、1V、1.5V、2V、2.5V、3V、3.5V、。。。60V，在不同的电压下可以得到相应的电容值。当电压从VDS(n)增加到VDS(n+1)时，例如从1V增加到1.5V，增加的Qoss可以由下式计算：




使用上述方法，计算的AON6162的VDS-Eoss曲线如图4所示。


图4：AON6162的Eoss曲线

上述方法中有一些误差，分度越细，误差越小。

------微信公众号   融创芯城（一站式电子元器件、PCB/PCBA购买，项目众包，方案共享平台）

kianin

学习了。