为了方便理解MOSFET的开关过程及其损耗，以Buck变换器为研究对象进行说明（注：仅限于对MOSFET及其驱动进行分析，不涉及二极管反向恢复等损耗。）
图1所示为Buck变换器拓扑，其中用于减小主功率电路的AC Loop，实际使用视Layout情况决定是否需要添加。
图2所示为MOSFET的开关时序及相应，
，
和
波形，其中：
：
下降之前MOSFET开始导通所需的电荷量。
：
下降之前MOSFET的栅极电压从阈值电压
升到Miller平台电压
所需的电荷量。
：
开始下降阶段为MOSFET反馈电容
充电所需电荷量。
：
从到达阈值电压
开始直到Miller平台结束时栅极电容中的电荷量。
输入电容：=
+
（
=0）；
输出电容：=
+
（
=0）；
反馈电容（反向传输电容）：=
。
和
主要由栅极结构决定，
由垂直PN结的电容决定。
图3所示为MOSFET驱动电路的等效框图，在每个开关周期中，所需的栅极电荷均会通过驱动器输出阻抗（和
）、外部栅极电阻
以及MOSFET内部栅极网状电阻
。栅极电阻功率损耗与通过电阻传输电荷速度的快慢无关。
主要结合图2和图3将MOSFET开通和关断过程各分为4个阶段进行分析并计算相关损耗。
1．开通阶段。
第①阶段：0~。此阶段
电平从0开始上升至阈值电压
，栅极电流
主要给MOSFET的
充电，极少部分流经
。此过程中
和
维持上个状态（
=
，
=0）不变，故可称为为开通延时。
第②阶段：~
。
时，MOSFET开始通流。
持续流入
和
中，
电压逐渐升高直至
时刻达到Miller平台电压
。与之伴随的是
也逐渐增大至最高，但
依旧为高电平。因为
与
成正相关，所以此阶段为MOSFET的线性区。
将第②阶段中、
和
波形进行线性近似，则栅极驱动电流
和所需时间
=
-
分别为：
与此对应的开通所耗能量为：
第③阶段：~
。此阶段为Miller平台的维持时间段，栅极电荷持续被充电使得
电压稳定保持在
，因此其具有足够的能量使MOSFET承载完整的通态电流。在此阶段大量的
被转移给
充电，使
快速下降。栅极驱动电流
和所需时间
=
-
分别为：
与此对应的开通所耗能量为：
以上可得整个开关周期的开关损耗约为：
注：MOSFET的开通或关断需要对进行充电或放电，当电容上的电压发生变化时，与之反映的是电荷数量的转移，栅极电压和所需电荷数量的关系一般可由datasheet中的栅极电荷与栅源电压曲线获得。栅极电荷是栅极驱动电压的函数，
最高电压会影响Miller平台电荷，从而影响整个开关周期内所需的总栅极电荷。
第④阶段：~
。此阶段中栅极电流
通过对
和
充电（两者分流），使得
从Miller平台电压逐渐上升至最终驱动电压
，其最终电平决定了开通期间的最终导通电阻
。此阶段
依然保持恒定，但是由于
的下降，
略有降低（
=
*
）。
与驱动电压和温度关系如图4所示。
可得开通阶段的驱动器损耗为：
Buck变换器的MOSFET电流有效值为：
则通态损耗为：
2．关断阶段。
第①阶段：~
。
电容放电，使得
电平从驱动电压
降至Miller平台电压
。此阶段栅极电流
由
自身提供，而非驱动器提供。
流经
和
回到驱动器。随着驱动电压降低，
增大，
略有上升，
保持不变。
第②阶段：~
。此阶段与Miller平台阶段所对应，栅极电流
为
的充电电流，因此
是保持恒定的。栅极电流由功率级旁路电容提供，并从
中减去，总
仍然等于负载电流。
从
*
上升到最大电压
。
第③阶段：~
。栅极电压继续从Miller平台电压
下降到阈值电压
，绝大部分栅极电流
来自于
，因为
在前一个阶段就被反向充满电了。此阶段结束时，MOSFET又处在线性区，
下降导致
减小接近于0。
第④阶段：~
。此阶段对
完全放电，
进一步下降直至为0。与前一阶段类似，栅极电流的大部分电流由
提供。MOSFET的
和
保持不变。
可得关断阶段的驱动器损耗为：
以上可得整个开关周期的驱动器损耗约为：
需要强调的是，栅极驱动器的最重要特性在于处在Miller平台区时的拉电流及灌电流能力。
此外，MOSFET的输出电容损耗为：
至此，MOSFET在整个开关周期内相关损耗为：
参考资料：
[1] TI - MOSFET Power Losses and How They Affect Power-Supply Efficiency.
[2] TI - Fundamentals of MOSFET and IGBT Gate Driver Circuits.
[3] Infineon - IPW60R018CFD7 datasheet.
![[Java]堆](https://img-blog.csdnimg.cn/a0f266acd51b4268b662874977e98d7b.jpeg)
