接續上一篇我們介紹了 MOSFET 導通時 VGS充電過程,本篇我們將柵級充電電路的功耗作介紹如圖一所示, 一般來說MOSFET 柵極驅動電路消耗的功率與其頻率成正比增加.
圖一:
圖一:『MOSFET drive circuit』(註1) 出處 TOSHIBA MOSFET Gate Drive Circuit Application Note.
在圖一中,柵極脈衝電壓 VG 通過柵極電阻 R1 施加在 MOSFET 的柵極和源極端子之間.
假設 VGS 從 0 V 上升到 VG（圖二 中的 10 V) .VG電壓足夠高可以開啟 MOSFET.當 VGS 從 0 V 變為 VG 時.MOSFET 最初關閉並開啟. 在此瞬態開關期間流動的柵極電流計算如下：
IG=(VG - VGS)/ R1
因此,柵極(G)-源極(S)電壓被計算為 VGS＝VG - R1 × IG.
圖二:
圖二:『Gate charge characteristics』(註1) 出處 TOSHIBA MOSFET Gate Drive Circuit Application Note.
柵極電荷 Qg 可以通過對柵極電流 IG 隨時間進行積分來計算,公式如下:
Qg=∫ IGdt
柵極驅動源在導通期間提供的能量 E 為：
圖一:
圖一:『MOSFET drive circuit』(註1) 出處 TOSHIBA MOSFET Gate Drive Circuit Application Note.
在圖一中,柵極脈衝電壓 VG 通過柵極電阻 R1 施加在 MOSFET 的柵極和源極端子之間.
假設 VGS 從 0 V 上升到 VG（圖二 中的 10 V) .VG電壓足夠高可以開啟 MOSFET.當 VGS 從 0 V 變為 VG 時.MOSFET 最初關閉並開啟. 在此瞬態開關期間流動的柵極電流計算如下：
IG=(VG - VGS)/ R1
因此,柵極(G)-源極(S)電壓被計算為 VGS＝VG - R1 × IG.
圖二:
圖二:『Gate charge characteristics』(註1) 出處 TOSHIBA MOSFET Gate Drive Circuit Application Note.
柵極電荷 Qg 可以通過對柵極電流 IG 隨時間進行積分來計算,公式如下:
Qg=∫ IGdt
柵極驅動源在導通期間提供的能量 E 為：
E=∫VG× IG dt
其中，VG 是驅動電源電壓。 由於 VG 和 IG 隨時間的積分為 Qgp，
E= VG×Qgp
Qg 和 IG的關係j為 IG = dQg/dt. 因此,將MOSFET在其轉換期間積累的能量計算為：
Eg = ∫VGS × IG dt = ∫ (VG × (dQg/dt)dt) = ∫ VGS dQg
柵極電荷是VGS 對 Qg 從 0 到 Qgp 的積分, 如圖三所示.
從驅動電源供給的能量減去柵極蓄積的能量,被柵極電阻(R1)消耗掉.在關斷期間,柵極中積累的能量被柵極電阻消耗.每個開關事件消耗的能量 E,等於驅動電路提供的能量,柵極驅動電路 PG 的平均功耗可以通過將 E 乘以開關頻率 fsw 來計算：
PG =E×fsw =VG×Qgp×fsw
柵極驅動電路PG的平均功耗也可以用輸入電容表示為PG＝E×fsw＝Ciss×(VG)2×fsw,但是這樣計算出來的PG值和實際的功率損耗有很大的差別,這是因為 Ciss 包括具有米勒電容的柵極-漏極電容 Cgd.
圖三:
圖三:『MOSFET gate loss』(註1) 出處 TOSHIBA MOSFET Gate Drive Circuit Application Note.
以上就是MOSFET 驅動電路的功率消耗的介紹,下一篇我們將介紹驅動電路範例.