怎样降低MOSFET损耗并提升EMI性能

1、怎样降低mosfet损耗并提升emi性能作为主要的开关功率器件之一，被大量应用于模块电源。了解mosfet的损耗组成并对其分析，有利于优化mosfet损耗，提高模块电源的功率;但是一味的削减mosfet的损耗及其他方面的损耗，反而会引起更严峻的emi问题，导致囫囵系统不能稳定工作。所以需要在削减mosfet的损耗的同时需要兼顾模块电源的emi性能。二、开关管mosfet的功耗分析mosfet的损耗主要有以下部分组成：1.通态损耗;2.导通损耗;3.关断损耗;4.驱动损耗;5.汲取损耗;随着模块电源的体积减小，需要将开关频率进一步提高，进而导致开通损耗和关断损耗的增强，例如300khz的驱动频率

2、下，开通损耗和关断损耗的比例已经是总损耗主要部分了。mosfet导通与关断过程中都会产生损耗，在这两个转换过程中，漏极与漏极、栅源电压与电荷之间的关系1和图2所示，现以导通转换过程为例举行分析：t0-t1区间：栅极电压从0升高到门限电压uth，开关管为导通，无漏极电流通过这一区间不产生损耗;t1-t2区间：栅极电压达到vth，漏极电流id开头增强，到t2时刻达到最大值，但是漏源电压保持截止时高电平不变，从图1可以看出，此部分有vds与id有重叠，mosfet功耗增大;t2-t3区间：从t2时刻开头，漏源电压vds开头下降，引起密勒效应，使得栅极电压不能升高而浮现平台，t2-t3时刻电荷量等于q

3、gd，t3时刻开头漏极电压下降到最小值;此部分有vds与id有重叠，mosfet功耗增大t3-t4区间：栅极电压从平台升高至最后的驱动电压(模块电源普通设定为12v)，升高的栅压使导通进一步削减，mosfet进入彻低导通状态;此时损耗转化为导通损耗。关断过程与导通过程相像，只不过是波形相反而已;关于mosfet的导通损耗与关断损耗的分析过程，有无数文献可以参考，这里挺直引用张兴柱之mosfet分析的总结公式如下：备注： 为升高时光， 为开关频率， 为下降时光，为栅极电荷，为栅极驱动电压 为mosfet体损耗。三、mosfet的损耗优化办法及其利弊关系3-1. 通过降低模块电源的驱动频率削减mo

4、sfet的损耗略微提一下emi问题及其解决计划从mosfet的损耗分析可以看出，的驱动频率越高，导通损耗、关断损耗和驱动损耗会相应增大，但是高频化可以使得模块电源的磁芯更小，模块的体积变得更小，所以可以通过开关频率去优化开通损耗、关断损耗和驱动损耗，但是高频化却会引起严峻的emi问题。金升阳dc/dc r3产品，采纳跳频控制办法，在轻负载状况下，通过降低模块电源的开关频率来降低驱动损耗，从而进一步提高轻负载条件下的效率，使得系统在待机工作下，更节能，进一步提高蓄电池供电系统的工作时光，并且还能够降低emi的辐射问题;3-2.通过降低、来削减mosfet的损耗典型的小功率模块电源(小于50w)大

5、多采纳的拓扑结构为反激形式，典型的控制电路3所示;从mosfet的损耗分析还可以知道：与开通损耗成正比、与关断损耗成正比;所以可以通过削减 、来削减mosfet的损耗，通常状况下，可以减小mosfet的驱动电阻rg来削减、时光，但是此优化办法却带来严峻的emi问题;以金升阳urb2405ymd-6wr3产品为例来解释此项问题：1)urb2405ymd-6wr3采纳10的mosfet驱动电阻，裸机辐射测试结果如下：2)urb2405ymd-6wr3采纳0的驱动电阻，裸机辐射测试结果如下：从两种不同的驱动电阻测试结果来看，虽然都能够通过en55022的辐射骚扰度的class a等级，但是采纳0欧姆

6、的驱动电阻，在水平极化方向测试结果的余量是不足3db的，该计划设计不能被通过。3-3.通过降低汲取电路损耗来削减损耗在模块电源的设计过程中，变压器的漏感总是存在的，采纳反激拓扑式结构，往往在mosfet截止过程中，mosfet的漏极往往存在着很大的电压尖峰，普通状况下，mosfet的电压设计余量是足够承受的，为了提高整体的电源效率，一些电源厂家是没有增强汲取电路(汲取电路3标注rcd汲取电路和rc汲取电路)来汲取尖峰电压的。但是，不注重这些汲取电路的设计往往也是导致emi设计不合格的主要缘由。以金升阳urf2405p-6wr3的汲取电路(采纳3中的rc汲取电路)为例：1)驱动电阻rg为27，无rc汲取电路，辐射骚扰度测试结果如下：2)驱动电阻为27;汲取电路为电阻r和c 5.1 470pf，辐射骚扰度测试结果如下：从两种不同的汲取电路计划测试结果来看，不采纳汲取电路的计划，是不能通过en55022辐射骚扰度的class a等级，而采纳汲取电路，则可以解决辐射骚扰度试验不通过的问题，通过不同的rc组合方式可进一步降低辐射骚扰。四、总结mosfet的功耗优化工作事实上是一个系统工程，部分优化计划甚至会影响emi的特性变幻。上述案例中，金升阳r3系列产品将