MOS管開關頻率最高多少如何測算和MOS開關管的損耗計算

MOS管開關電路

MOS管開關頻率最高多少如何測算詳解，先來看看MOS管開關電路。下為一張典型的N溝道增強型MOS管開關電路原理圖：

D1作用：續流二極管

R1作用：1、限流電阻，減小瞬間電流值：MOS管屬于壓控型器件，兩兩引腳之間存在寄生電容（Cgs、Cgd、Cds）:

規格書中一般會標注Ciss、Coss、Crss：

Ciss = Cgs + Cgd

Coss = Cds + Cgd

Crss = Cgd

如圖Ciss=587pF，假設VGs=24V，dt=Tr（上升時間）=20ns，則MOS管在開關時的瞬間電流I = Ciss * dVgs / dt = 0.7A。當在柵極串接一個電阻（幾Ω~上千Ω）時，會與Ciss形成RC充放電回路，從而減小瞬間電流值。

2、調節MOS管的通斷速度，有利于控制EMI：同時，加上R1后，MOS管通斷切換時間會變慢，有利于控制EMI；但是如果串接的電阻太大，會導致柵極達到導通電壓的時間變長，也就是說MOS管處在半導通狀態的時間太長，此時MOS管內阻較大，Rds->Rdson的時間比較長，Rds會消耗大量的功率，可能導致MOS管因發熱而損壞。

3、抑制柵極振蕩：

MOS管接入電路后，引入引線寄生電感，會與寄生電容形成LC振蕩電路，對于方波這種開關波形信號來說包含很多頻率成分：那么就可能在某個諧振頻率相同或者相近時形成串聯諧振電路，串接一個電阻后會減小振蕩電路的Q值，從而使振蕩快速衰減。

R2作用：

1、G極對地電阻（一般5KΩ~數十KΩ），通過下拉為MOS管提供一個固定偏置，避免當IC驅動口處于高阻態的情況下G極受到干擾信號使MOS管意外導通。

2、泄放電阻，通過這個電阻泄放掉G-S之間的少量靜電（G-S之間的電阻很大很大，少量的靜電就能通過G-S之間的等效電容產生很高的電壓，此時由于RGS很大，感應電荷難以釋放，以致于高壓將MOS管很薄的絕緣層擊穿，損壞MOS管）從而保護MOS管，如果沒有這個電阻，MOS管容易受到外界干擾意外導通燒壞，此外在MOS管工作不斷開通關斷的時候對寄生電容進行適當的放電以保護MOS管。

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MOS管開關頻率如何測算

MOS管在導通和截止的時候，一定不是在瞬間完成的。MOS管兩端的電壓有一個下降的過程，流過的電流有一個上升的過程，在這段時間內，MOS管的損失是電壓和電流的乘積，叫做開關損失。通常開關損失比導通損失大得多，而且開關頻率越快，損失也越大。

以IRF840的參數計算，假定門極電壓10V，那么電容量為63nC/10V=6.3nF。與10千歐放電電阻時間常數為63us。但是，不是經過一個時間常數之后MOS管就關斷了，而是門極電壓下降到Vg(th)以下MOS管才會關斷。這段時間與MOS管型號有關，與門極充電達到的電壓有關(實際上門極電容并不是線性電容)，不太準確的估計，可以把門極電容放電時間估計為63us的2倍，即0.12ms。MOS管門極充電電阻較小(首帖圖中為3千歐)，估計充電時間為0.06ms。那么充電放電時間一共是0.18ms。該MOS管在此電路中最大開關工作頻率為5.5kHz。

MOS開關管的損耗計算

1、開通損耗

MOS管在開通過程中，電流，電壓和功耗的波形近似如下

Rds（on）為Mos管的導通電阻，會隨著MOS管結溫的變化而變化，一般MOS的Datasheet中都會給出一個溫度變化曲線，可以參考改曲線取值。

Idrms為導通過程中的電流有效值、Ton為一個周期內的導通時間、F為開關頻率

3、關斷損耗

MOS管在關斷過程中，電流，電壓和功耗的波形近似如下：

Idss為Mos管截止時在實際結溫情況下的漏電流，可以參考器件手冊取一個合適的值。Vds為截止時Mos管DS之間的電壓、Toff為一個周期內的截止時間、f為開關頻率。

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