芯耀
3756
Part 01、前言
MOSFET导通过程中的开关损耗这部分内容是关于MOSFET在开关过程中的交叉损耗Cross Loss计算，主要涉及导通时间的估算和功耗分析。公式是什么？如何计算呢？设计中又有哪些需要注意的地方？接下来就把它通俗易懂地讲一下。以下分析基于MOSFET驱动感性负载哦，如果是驱动阻性负载，算法是不一样的，大家注意！
交叉损耗是啥？
交叉损耗是MOSFET在开关过程中，比如从关断到导通产生的功耗。那它为啥会产生呢？原因是MOSFET导通时，漏源电压Vds和电流ID不是瞬间变化的，而是有个过渡过程。这段时间里，电压和电流同时存在，功率 Vds× ID就会产生损耗。
那为啥要算它呢？
交叉损耗直接影响MOSFET的发热和效率，尤其在高频开关电路，比如DC-DC转换器中，频率高了，损耗累积就很可观，散热设计就得跟上。
Part 02、计算过程
1.交叉损耗的计算公式
Vin:输入电压
Io:负载电流
tcrossturnon：交叉时间(导通过程中的电压电流重叠时间)
fsw:开关频率
2.交叉时间的计算：tcrossturnon
交叉时间tcrossturnon是MOSFET从关断到完全导通的过渡时间，计算方法如下:
t3：米勒平台阶段，漏源电压Vds从高电压下降到导通状态的时间。
2.1.计算t2：栅极充电时间
Tg:栅极充电时间常数:
Rdrive:驱动电阻，假定是2Ω
Cg:栅极电容，假定是300pF（包括栅源电容Cgs 和栅漏电容Cgd)
Io:负载电流，假定是22A
g:MOSFET的跨导，假定是100S
Vdrive:驱动电压，假定是4.5V
VT:阈值电压，假定是1.05V
代入公式可得：
t2是栅极电压从阈值电压上升到米勒平台的时间，这段时间MOSFET刚开始导通，电流ID逐渐上升，但Vds还没明显下降。
2.2.计算t3：米勒平台时间
公式如下：
Vin:输入电压，假定是15V
Rdrive:驱动电阻，假定是2Ω
Cgd:栅漏电容，假定是0.75 pF
Vdrive, VT, Io, g假定值同上：
代入公式：
t3是米勒平台阶段，栅极电压被"卡住"，因为栅漏电容Cgd在充电，Vds 快速下降，电流ID已经接近满载，这段时间是交叉损耗的主要来源。
那么总交叉时间tcrossturnon计算如下：
代入公式：
假定开关频率是500KHz，那么：
0.64W的交叉损耗是在500kHz开关频率下的功耗，说明MOSFET每次开关都会产生微小损耗，频率越高，累积损耗越大。
Part 03、总结
1.驱动电阻越小，栅极充电越快，t2和t3都会缩短。比如把Rdrive从2Ω降到1Ω，Tg变成6.3ns，t2和t3都会减半，损耗也能降到0.32W左右。
2.选择Cgd小的MOSFET，缩短米勒平台时间。
3.如果能把频率从500kHz降到250 kHz，损耗直接减半到0.32W。但频率低了，可能会影响电路性能，比如增大电感和电容的体积。
4.0.64W损耗不算大，但如果MOSFET还有导通损耗（I × I × RDS(on)）和其他损耗，整体发热可能需要散热片。
通过上面的实例可以发现，MOSFET的交叉损耗主要是导通过程中电压和电流重叠产生的，算下来是0.64W，主要由t2（栅极充电）和t３（米勒平台）决定。设计时可以降低驱动电阻、选Cgd小的MOSFET，或者降低开关频率来优化。
有问题欢迎在评论区留言交流哦！
