功率轉(zhuǎn)換開關(guān)頻率一直在不斷提高,，以便最大限度地提升功率密度,，軟開關(guān)技術(shù)如零電壓開關(guān)（ZVS）正逐漸普及以進一步提高開關(guān)頻率。隨著開關(guān)頻率的增大,，功率MOSFET的寄生特性不再可以忽略不計。對于采用ZVS拓撲的功率轉(zhuǎn)換器設(shè)計,，在所有寄生元素中最為重要的寄生參數(shù)就是輸出電容,，它決定了需要多少電感來提供ZVS的工作條件。
過去,，許多設(shè)計人員都使用粗略假設(shè)來提供等效輸出電容值,，因為輸出電容通常都指定為25V漏源電壓。不過,，傳統(tǒng)的等效輸出電容值在實際應(yīng)用中卻沒有多大幫助,，因為它隨漏源電壓變化，并且在開關(guān)導(dǎo)通/關(guān)斷期間不能提供準確的儲能信息,。在功率轉(zhuǎn)換器工作電壓下,，新定義的輸出電容提供等效的儲能，能夠?qū)崿F(xiàn)更優(yōu)化的功率轉(zhuǎn)換器設(shè)計,。
ZVS轉(zhuǎn)換器的輸出電容
在軟開關(guān)拓撲中,，通過諧振作用，利用電感（漏電感和串聯(lián)電感或變壓器中的磁化電感）中的儲能使開關(guān)管輸出電容放電來實現(xiàn)零電壓導(dǎo)通,。因此,，電感必須精確設(shè)計，以防止硬開關(guān)引起的附加功耗。下面的公式是零電壓開關(guān)的基本要求,。
其中,，Ceq是開關(guān)等效輸出電容，CTR是變壓器寄生電容,。
其中,，CS是開關(guān)等效輸出電容。
公式（1）用于移相全橋拓撲,，公式（2）用于LLC諧振半橋拓撲,。在兩個公式中輸出電容都起著重要作用。如果在公式（1）中假設(shè)輸出電容很大,，則由公式將得出較大的電感,。然后，此大電感將降低初級di/dt,，并降低功率轉(zhuǎn)換器的有效占空比,。相反，太小的輸出電容將導(dǎo)致較小的電感和有害的硬開關(guān),。另外,，公式（2）中太大的輸出電容將限制磁化電感并引起循環(huán)電流的增加。因此,，對于優(yōu)化軟開關(guān)轉(zhuǎn)換器設(shè)計,，獲取準確的開關(guān)輸出電容值將非常關(guān)鍵。通常,，針對等效輸出電容的傳統(tǒng)假設(shè)傾向于使用較大數(shù)值,。所以，根據(jù)公式（1）或（2）選擇電感后,，設(shè)計人員還需調(diào)整功率轉(zhuǎn)換器參數(shù),，并經(jīng)過多次反復(fù)設(shè)計，因為每個參數(shù)都相互關(guān)聯(lián),，例如,，匝數(shù)比、漏電感,、以及有效占空比,。而且，功率MOSFET的輸出電容將跟隨漏源電壓變化,。在功率轉(zhuǎn)換器工作電壓下,，提供等效儲能的輸出電容是這些應(yīng)用的最佳選擇。
從輸出電容中獲得儲能
在電壓與電荷關(guān)系圖（圖1）上,，電容為直線的斜率,，電容中的儲能為該直線下包含的面積,。雖然功率MOSFET的輸出電容呈非線性，并依據(jù)漏源電壓的變化而變化,，但是輸出電容中的儲能仍為非線性電容線下的面積,。因此，如果我們能夠找出一條直線,，由該直線給出的面積與圖1所示變化的輸出電容曲線所包含的面積相同,，則直線的斜率恰好是產(chǎn)生相同儲能的等效輸出電容。
圖1：等效輸出電容的概念,。
對于某些老式平面技術(shù)MOSFET，設(shè)計人員可能會用曲線擬合來找出等效輸出電容,。
于是,，儲能可由簡單積分公式獲得。
最后,，有效輸出電容為：
圖2（a）顯示了輸出電容的測量值及由公式（3）得出的擬合曲線,。然而，對于具有更多非線性特性的新式超級結(jié)MOSFET而言,，則簡單的指數(shù)曲線擬合有時不夠好,。圖2（b）顯示了最新技術(shù)MOSFET的輸出電容測量值及用公式（3）得出的擬合曲線。兩者在高壓區(qū)的差距將導(dǎo)致等效輸出電容的巨大差異,，因為在積分公式中電壓與電容是相乘的。圖2（b）中的估計將得出大得多的等效電容,，這會誤導(dǎo)轉(zhuǎn)換器的初始設(shè)計,。
圖2：輸出電容估算：（a）老式MOSFET,，（b）新式MOSFET,。
如果依據(jù)漏源電壓變化的輸出電容值可得，則輸出電容儲能可用公式（4）求出,。雖然電容曲線顯示在數(shù)據(jù)表中,，但要想從圖表中精確讀出電容值并不容易。因此,，依據(jù)漏源電壓變化的輸出電容儲能將由最新功率MOSFET數(shù)據(jù)表中的圖表給出,。通過圖3顯示的曲線，使用公式（5）可以得到期望的直流總線電壓下的等效輸出電容,。
圖3：輸出電容中的儲能。
輸出電容的常見問題
在許多情況下,，開關(guān)電源設(shè)計人員會對MOSFET電容溫度系數(shù)提出疑問,，因為功率MOSFET通常工作在高溫下,。總的來說,，可以認為MOSFET電容對于溫度而言始終恒定,。MOSFET電容由耗盡長度、摻雜濃度,、溝道寬度和硅介電常數(shù)所決定,，但所有這些因素都不會隨溫度而產(chǎn)生較大變化。而且MOSFET開關(guān)特性如開關(guān)損耗或開/關(guān)轉(zhuǎn)換速度也不會隨溫度而產(chǎn)生較大變化,，因為MOSFET是多數(shù)載流子器件,，因而開關(guān)特性主要是由其電容決定。當溫度上升時,，等效串聯(lián)柵極電阻會有略微增加,。這會使MOSFET在高溫下的開關(guān)速度稍許降低。圖4顯示了根據(jù)溫度變化的電容,。溫度變化超過150度時,，電容值的變化也不超過1%。
圖4：MOSFET電容與溫度的關(guān)系,。
設(shè)計人員感興趣的另一個地方是MOSFET電容的測試條件,。大多數(shù)情況下，輸出電容在1MHz頻率和Vgs為0V的條件下測量,。事實上存在著柵漏間電容,、柵源間電容及漏源間電容。但實際上卻不可能單獨測量每一電容,。因此,，柵漏間電容和漏源間電容之和總稱為輸出電容，通過并聯(lián)兩個電容來測量,。為使它們并聯(lián),，將柵極與源極短接在一起，即Vgs=0V,。在開關(guān)應(yīng)用中,，當MOSFET在柵極加偏置電壓而導(dǎo)通時，輸出電容通過MOSFET溝道而短路,。僅當MOSFET關(guān)斷時,，輸出電容值才值得考慮。關(guān)于頻率,，如圖5所示,，低壓下的輸出電容在低頻時稍有增加。低頻時,，因為測試設(shè)備的限制,，有時無法測量低漏源電壓下的電容,。圖5中，當漏源電壓小于4V時,，100kHz時的電容將無法測出,。雖然輸出電容存在微小變化，但是等效輸出電容卻幾乎恒定,，因為低壓下的輸出電容微小變化不會對儲能產(chǎn)生如圖3所示那樣大的影響,。
圖5：MOSFET電容與頻率的關(guān)系。
本文小結(jié)
輸出電容是軟開關(guān)轉(zhuǎn)換器設(shè)計的重要部分,。設(shè)計人員必須慎重考慮等效電容值,，而不是將其固定為漏源電壓下的單一數(shù)值。除此之外,，本文還提供了有關(guān)輸出電容測試條件和溫度系數(shù)的討論,。