n-ch FET中的栅极电容与栅极电荷的关系，以及在栅极充电/放电期间如何计算功耗

我正在使用MOSFET驱动器（TC4427A），该驱动器可以在大约30ns的时间内为1nF的栅极电容充电。

我正在使用的双N沟道MOSFET（Si4946EY）的栅极电荷为每英尺30nC（最大值）。我现在只考虑一个，因为两者在模具上都是相同的。我将栅极驱动到5V。（这是逻辑级别的fet。）

这是否意味着我可以应用Q = CV计算出电容？C = 30nC / 5V = 6nF。因此，我的驱动程序可以在大约180ns的时间内将门完全打开。

我的逻辑正确吗？

MOSFET的栅极电阻规定为最大值。3.6欧姆。这对以上计算有影响吗？驱动器的电阻为9欧姆。

栅极放电而不是充电时，有什么显着差异吗？（关脚）

附带的问题是，在180ns期间，fet尚未完全启动。所以Rds（not-quite-ON）很高。如何计算这段时间内将发生多少功耗？

就像endolith所说的那样，您必须查看参数的条件。30nC是 = 10V 的最大值。数据表第3页上的图形通常为10nC @ 5V，则C = = 2nF。第3页上的另一个图形给出的值为1nF 。差异是因为电容不是恒定的（这就是它们给出电荷值的原因）。 10 n $V_{GS}$ CIS$\frac{10nC}{5V}$$C_{ISS}$

栅极电阻确实会产生影响。门的时间常数将是（9 + 3.6） 2nF = 25ns，而不是9 2nF = 18ns。Ω × Ω $\Omega$$\Omega$$\times$$\Omega \times$

从理论上讲，打开和关闭之间会有细微的差别，因为关闭时会从较高的温度开始。但是，如果打开和关闭之间的时间很小（此处有很多余量，我们谈论数十秒），温度是恒定的，并且该特性或多或少是对称的。

关于你的副题。这通常不在数据表中给出，因为电流将取决于，和温度，而4维图形在二维上效果不佳。唯一的解决方案是对其进行测量。一种方法是在关闭和打开之间记录和图，将它们相乘并积分。这种过渡通常会很快发生，因此您可能只能测量几个点，但这应该可以为您提供一个很好的近似值。更慢地进行过渡会产生更多的点，但是温度会有所不同，因此结果的准确性会降低。 V D S I D V D $V_{GS}$$V_{DS}$$I_D$$V_{DS}$

数据表中的规格说V _GS = 10 V，所以没有。这将是C = 30 nC / 10 V = 3 nF。但这是绝对最大值。

他们将电容指定为第3页上的图表，而不是单个电容值。本文档的图5中给出了c _iss c _rss和c _oss的含义。 我认为您最关心c _iss，约为900 pF。根据图表。

引用的MOSFET开关这个飞兆半导体应用指南，这英飞凌注意到关于人物的优值，这个IR笔记和我自己的经验：

$Q_g$

• $Q_{gs}$
• $Q_{gd}$

$C_{iss}$

$Q_{gs}$$I_D$$V_{DS}$$Q_{gd}$$V_{DS}$$V_{DS}$$I_D$

MOSFET栅极电阻加上确定充电电流所需的任何外部电阻。在您的情况下，由于仅充电至5V，因此不会使驱动器的当前能力最大化。

只要阈值保持相同，放电门与充电就相对相同。如果开通阈值为4V，并且充电至5V，则可以想象开通时间与关断时间之间会有一些小的不对称性，因为您仅放电1V即可关断与4V接通。

如先前的评论所述，MOSFET驱动电路中的电阻器和二极管网络可以调整开通和关断充电电流是很常见的。

开启和关闭期间的功耗

您可能会认为，在这些过渡期间变热的晶体管与晶体管的内部电压，电流和电容有关。

实际上，只要您足够快地打开或关闭开关，开关的内部细节就无关紧要。如果将开关完全从电路中拉出，电路中的其他填充物将不可避免地在开关打开和关闭的两个节点之间具有一些寄生电容C。当您在该电路中插入任何类型的开关时，在关闭开关的情况下，该电容会充电至某个电压V，从而存储CV ^ 2/2瓦特的能量。

不管它是哪种开关，当您打开开关时，所有CV ^ 2/2瓦的能量都会在该开关中耗散。（如果开关真的很慢，那么该开关可能会耗散更多的能量）。

要计算mosfet开关耗散的能量，请找到它所连接的总外部电容C（可能大部分是寄生电容），以及开关的端子充电至开关刚接通之前的电压V。在任何一种开关中耗散的能量是

• E_turn_on = CV / 2

在每次打开时。

消耗在驱动FET栅极的电阻中的能量

• E_gate = Q_g V

哪里

• V =栅极电压摆幅（根据您的描述，为5 V）
• Q_g =通过栅极引脚推动以导通或截止晶体管的电荷量（从FET数据表中得知，在5 V时约为10 nC）

在开启期间和关闭期间都会消耗相同的E_gate能量。

E_gate能量中的一些消散在晶体管中，而一些E_gate消散在FET驱动器芯片中-我通常使用悲观分析，假设所有能量都消散在晶体管中，并且所有这些能量都消散了在FET驱动器中。

如果您的开关足够快地关闭，则与打开期间耗散的能量相比，关闭期间耗散的能量通常很小。您可以将最坏情况的边界（对于高感性负载）设置为

• E_turn_off = IVt（最坏的情况）

哪里

• 我是关断前通过开关的电流，
• V是刚关断后开关两端的电压，并且
• t是从打开到关闭的切换时间。

那么，在FET中耗散的功率是

• P = P_切换+ P_on

哪里

• P_switching =（E_turn_on + E_turn_off + 2 E_gate）*开关频率
• switching_frequency是循环开关的每秒次数
• P_on = IRd =开关接通时的功耗
• 我是开关打开时的平均电流
• R是FET的导通电阻
• d是开关接通时间的分数（最坏情况的估计使用d = 0.999）。

许多H桥利用（通常是不需要的）体二极管作为反激二极管来捕获电感性反激电流。如果这样做（而不是使用外部肖特基捕获二极管），则还需要增加该二极管中消耗的功率。