【经验】如何通过分析导通损耗、开关损耗和驱动损耗来选择一款合适的MOSFET

时间： 2020-02-25 来源：丽正国际

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在当今的开关电源设备中，MOS管被广泛应用，它的特性、寄生参数和散热条件都会对MOS管的工作性能产生重大影响。因此深入了解功率MOS管的工作原理和关键参数对电源设计工程师至关重要。为此，本文总结归纳了如何根据MOSFET损耗来选择器件。

MOSFET的损耗是影响开关电源效率的重要因素，MOSFET的损耗分为导通损耗、开关损耗和驱动损耗。

导通损耗具体来讲是由MOS管的导通阻抗Rds产生的，Rds与栅极驱动电压Vgs、流经MOS管的电流有关以及温度有关，如果想要设计出效率更高、体积更小的电源，必须充分降低导通阻抗。图1所示是导通阻抗Rds和温度、Rds和Vgs、Id的曲线图。由图1所知，温度越高，Rds越大；Vgs越大，Rds越小；Id越大，Rds越大。

图1：Rds与Vgs、温度的曲线图

栅极到漏极电荷Qgd是产生开关损耗的主要原因，图2是栅极电荷Qg与Vgs的曲线图。栅极电荷是MOS管门极充放电所需的能量，相同电流、电压规格的MOSFET，具有比较大的栅极电荷意味着在MOS开关过程中会损耗更多的能量。所以，为了尽可能降低MOS管的开关损耗，工程师在电源设计过程中需要选择同等规格下Qgd更低的MOS管作为主功率开关管。由图2所知，Vds的增加也会影响Qgd的数据，所以需要在相同的测试条件下比较Qgd的值，有些MOSFET供应商在更高的Vds条件下测试Qgd，使得数据手册的参数比较好，但是实际上并没有更好的性能，如图3所示。

图2：开关损耗、Qgd示意图

图3：不同条件下的Qgd值

驱动损耗，主要取决于MOSFET的总电荷数和驱动电压。而MOSFET在关断时，体二极管中会有电流通过，从而产生损耗，其主要取决于MOSFET的体二极管导通电压、通过MOSFET的电流及时间。

图4：驱动损耗及体二极管损耗计算方法

以图四中的降压电路为例，从而计算Q1、Q2的损耗，如图5所示。MOSFET的损耗占比最大的是导通损耗和开关损耗，所以在MOSFET的选择时，需要注意以下要素：

1.在满足电压、电流的情况下，需要重点考虑MSOFET的导通电阻Rdson、总电荷数Qgd及Qgd。

2.在驱动MOSFET时，为了降低导通损耗，在合理条件下使驱动电压Vgs在8V以上。

3.在实际应用中，尽量改善MOSFET的散热。

图5：Q1、Q2损耗数据

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