必了解的开关电源之元器件选择（四）

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1 叙开关电源的热敏电阻抑制浪涌电流电路解析

来源：东莞市成良智能科技发布时间：2019-08-02 点击量：1055

接着继续来说说开关电源之元器件选择的，从MOSFET晶体管的损耗等方面来具体介绍吧。
开关电源之MOSFET晶体管
场效应晶体管有结型和 MOS型。功率场效应管一般是 MOSFET。而MOSFET 还有 P 沟道和 N 沟道。较大功率一般不用 P 沟道，因为与 N 沟道相同电流和电压定额的管子导通电阻比 N 沟道大，同时开关速度也比 N 沟道慢。开关电源之MOSFET 内部结构源极和漏极对称的，且可以互换的。只要在栅极和源极（漏极）之间加一定正电压（N 沟道），就能导通。因此 MOSFET 也常用于同步整流，它能双向导通电流。

开关电源之MOSFET晶体管损耗
损耗有三个部分：导通损耗，栅极损耗和开关损耗。
导通损耗 MOSFET完全导通时，漏－源之间有一个电阻Ron上的损耗。应当注意手册上导通电阻测试条件，测试时一般栅极驱动电压为 15V。如果你的驱动电压小于测试值，导通电阻应比手册大，而且导通损耗 P=RonI2 也加大。所以如果你要知道实际结温，根据热阻乘以损耗求得结温，再根据新的热态电阻求得损耗，如此反复迭代，直到收敛为止。如果不收敛，损耗功率太大。25R（T ） = R25 ×1.007T ?栅极损耗为驱动栅极电荷损耗。即栅极电容的充放电损耗，它不是损耗MOSFET上，而是栅极电阻或驱动电路上。

虽然开关电源之电容与栅极电压是高度非线性关系，手册中给出了栅极达到一定电压Ug的电荷Qg，因此将此电荷驱动栅极的功率为P=QgVf。
要是实际驱动电压和手册对应的电荷规定电压不同，可以这样近似处理，用两个电压比乘以栅极电荷比较合理。要是你的栅极电压比手册规定高的话，这样做最好。但密勒电容电荷是造成计算误差的主要因素。开关损耗随着MOSFET的交替导通与截止（非谐振），瞬态电压和电流的交越导致功率损耗，称为开关损耗。

开关电源之电路中带有电感，电流或电压一般总是同时达到最大时转换，如果开关电源之电流或电压随时间线性变化，由此可以推导出开关损耗：在断续导通模式中，损耗P=IpkUpktsfs/2；而在连续模式中，此损耗加倍。这里Upk为MOSFET由导通到截止时漏－源电压（和截止到导通的连续模式）；Ipk为漏极峰值电流；ts为开关过渡时间；fs为开关频率。

这就是为什么开关电源之栅极驱动越“硬”损耗越低。从损耗的角度希望驱动越硬越好，也就是要求驱动波形的前后沿陡。但因为MOSFET的输入是一个电容，驱动波形越陡，即开关时dUg/dt越大，就意味着必须要求驱动电路提供很大的驱动电流，驱动信号源内阻越小越好。
但是开关速度越快，栅极电路微小寄生参数就会兴风作浪，而开关电源的EMI问题越突出。总之，MOSFET 的总损耗是通态、栅极电荷和开关损耗之和。而总损耗中仅仅是第一和第三项是损耗在 MOSFET 上的。但是，除了带有驱动电路的功率模块以外，栅极驱动电路不可能与栅极连线最短，连线电感是不可避免的。线路

开关电源之电感与输入电容在驱动电压激励下引起严重的振荡，使驱动无法正常工作。为此，一般总在MOSFET栅极串联一个电阻，对振荡阻尼在可接受范围内。但是，开关电源的电阻的加入破坏了驱动的电源压特性，限制了驱动电流，降低了前后沿陡度，驱动波形前沿出现明显指数上升特性，并在驱动达到MOSFET开启电压UT时，由于漏－栅电容放电的密勒效应造成栅极电压“打折”，加大导通损耗。

在关断时，密勒电容的放电效应，使得关断延缓或误导通，增加了关断损耗。因此，栅极电阻不能太大，只要抑制振荡就行。从根本上应当尽量缩短栅极与驱动连接距离。

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