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Schuld ist nur der Durchlasswiderstand?

Mit dem richtigen MOSFET Schaltnetzteil-Verluste verringern

10. August 2017, 3:00 Uhr | Von Marty Brown

Fortsetzung des Artikels von Teil 3

Treiberverluste

Die Treiberverluste werden im Treiber-IC des MOSFET und im Gate-Reihenwiderstand umgesetzt. Sie sind durch die folgenden Parameter bestimmt: R_g, C_iss, (C_gs), C_rss, (C_dg) sowie den R_DS(on)-Werten eines jeden Totem-Pole-Ausgangs-MOSFET, der Gate-Treiberspannung und der Schaltfrequenz. Die zugehörigen Wellenformen sind in Bild 8 zu sehen.

Die an- bzw. absteigenden Abschnitte der Gate-Spannung entstehen durch das Laden bzw. Entladen der Gate-Eingangskapazität (C_iss) durch den Gate-Treiber. Die flachen Abschnitte der Gate-Spannung (U_g(th)) treten auf, wenn die Miller-Kapazität (C_rss) ihre gespeicherte Energie während der Drain-Spannungs-Übergänge in Ciss entlädt. Während dieses Zeitraums muss der Gate-Treiber nicht nur die Eingangskapazität (C_iss) laden oder entladen, sondern zudem zusätzlichen Strom liefern, um die durch die Miller-Kapazität (C_rss) zusätzlich dazugekommene Energie zu überwinden.

Die beiden Steigungen, die Stromspitze und deren Dauer hängen vom Wert des Gate-Widerstands und vom R_DS(on) der Ausgangsbauelemente des Treibers ab. Je höher also der gesamte Gate-Reihenwiderstand ist, desto geringer sind die Anstiegs- und Abfallzeiten von Drain-Spannung und Drain-Strom, und desto länger sind die Schaltzeiträume.

Die Treiberverluste werden also von der Schaltfrequenz, dem gesamten Gate-Treiberwiderstand, der Gate-Treiberspannung und der Eingangskapazität des MOSFET bestimmt. Sie sind unempfindlich gegenüber Änderungen der Ausgangsleistung.