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MOSFET损耗计算

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MOSFET损耗计算

MOSFET（金属-氧化物-半导体场效应晶体管）是一种常用的功率开关器件，广泛应用于电力电子领域。在使用MOSFET进行功率开关时，会产生一定的损耗，包括导通损耗和关断损耗。正确计算MOSFET的损耗对于设计和选择合适的散热系统非常重要，下面将详细介绍MOSFET的损耗计算方法。

1.导通损耗计算：

导通损耗是指MOSFET在导通状态下产生的功耗。导通损耗可以通过以下公式计算：

P_cond = I^2 * Rds(on)

其中，P_cond为导通损耗，I为MOSFET的导通电流，Rds(on)为MOSFET的导通电阻。

导通损耗主要由两部分组成：静态导通损耗和动态导通损耗。静态导通损耗是指MOSFET在导通状态下的稳态功耗，可以通过上述公式计算得到。动态导通损耗是指由于MOSFET的导通电阻在开关过程中的变化引起的功耗，通常可以通过MOSFET的参数手册或者开关特性曲线来得到。

2.关断损耗计算：

关断损耗是指MOSFET在关断状态下产生的功耗。关断损耗由MOSFET的关断电流和关断电压引起，可以通过以下公式计算：

P_sw = Vds * Id * t_sw

其中，P_sw为关断损耗，Vds为MOSFET的关断电压，Id为MOSFET的关断电流，t_sw为关断时间。 关断损耗由两部分组成：静态关断损耗和动态关断损耗。静态关断损耗是指MOSFET在关断状态下的稳态功耗，可以通过上述公式计算得到。动态关断损耗是指由于开关过程中MOSFET的关断电流和关断时间的变化引起的功耗，通常可以通过MOSFET的参数手册或者开关特性曲线来得到。

3.总损耗计算：

总损耗是指MOSFET在导通和关断状态下产生的功耗之和。总损耗可以通过以下公式计算：

P_total = P_cond + P_sw

4.散热设计：

4.1确定MOSFET的最大工作温度，一般来说，MOSFET的最大工作温度应该低于其额定温度。

4.2 计算MOSFET的热阻（Rth）：

Rth = (Tj - Ta) / P_total

其中，Tj为MOSFET的结温，Ta为环境温度，P_total为MOSFET的总损耗。

4.3 选择合适的散热器，使得MOSFET的结温能够保持在安全范围内。散热器的选择应考虑散热器的热阻（Rth）和散热面积。

综上所述，MOSFET的损耗计算对于电力电子系统的设计和选择非常重要。通过计算导通损耗和关断损耗，可以评估MOSFET的功耗情况，进而设计合适的散热系统。合理的散热设计可以确保MOSFET工作在安全温度范围内，提高系统的可靠性和寿命。因此，在进行MOSFET的功率开关设计时，必须充分考虑损耗计算和散热设计，以确保系统的稳定性和性能。

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反激计算

反激计算

1 反激计算

一、变压器设计

1. 确定最小工作频率: minf

准谐振模式下，工作频率是变化的，最小输入电压满载情况下的频率。

2. 估算匝比: VdVoVinVdsnmaxmax.

一般反射电压)(VdVonVOR取得大一些，选800VMOS管，考虑一定裕量，取Vds_max=640V。

3. 确定最大占空比:

TonVin=ToffVdVon (伏秒平衡)

TfToffTonT (usTf15.0到)

fT1

TTonD

 ToffVdVonTonVin)( ①

ToffTfTonT ②

① 除以②得 1))((TfTonTVdVonTonVin

整理得TfTonTVdVonTonVin)(两边同时除以Ton

)()(VdVonVdVonvinTonTfT

又有 fDTon，fT1得

)1()()(maxTffVdVOnVinVdVonD

a. 伏秒平衡: 处于稳定状态的电感，开关导通时间(电流上升段)的伏秒数须与开 2 关断开(电流下降段)时的伏秒数在数值上相等，尽管两者符号相反。

b.

减小。增大，损耗减小。和管开关损耗减小。，增大，增大，，增大。增大，增大。增大，当，则设DVinCossMOSFTon1fTonDD)(Xa11,,TfToffDTTonVdVonbabcbXcbcXbcabacbaaX

c. Tf：MOS管Vds下降时间典型值0.5到1us，MOS管Id为0到下次导通的死区时间。

4.计算初级绕组电感量: min_212fLppkIpPin③

TonLpVinpkIpmin_

功率MOSFET的开关损耗的研究

功率MOSFET的开关损耗的研究

功率MOSFET的开关损耗的研究

本文详细分析计算开关损耗开关损耗，并论述实际状态下功率MOSFETMOSFET的开通过程和自然零电压关断零电压关断的过程，从而使电子工程师知道哪个参数起主导作用并更加深入理解MOSFET。

MOSFET开关损耗

1 开通过程中MOSFET开关损耗

功率MOSFET的栅极电荷特性。值得注意的是：下面的开通过程对应着BUCK变换器上管的开通状态，对于下管是0电压开通，因此开关损耗很小，可以忽略不计。

图1 MOSFET开关过程中栅极电荷特性

开通过程中，从t0时刻起，栅源极间电容开始充电，栅电压开始上升，栅极电压为

其中：，VGS为PWM栅极驱动器的输出电压，Ron为PWM栅极驱动器内部串联导通电阻，Ciss为MOSFET输入电容，Rg为MOSFET的栅极电阻。

VGS电压从0增加到开启阈值电压VTH前，漏极没有电流流过，时间t1为

VGS电压从VTH增加到米勒平台电压VGP的时间t2为

VGS处于米勒平台的时间t3为

t3也可以用下面公式计算：

注意到了米勒平台后，漏极电流达到系统最大电流ID，就保持在电路决定的恒定最大值ID，漏极电压开始下降，MOSFET固有的转移特性使栅极电压和漏极电流保持比例的关系，漏极电流恒定，因此栅极电压也保持恒定，这样栅极电压不变，栅源极间的电容不再流过电流，驱动的电流全部流过米勒电容。过了米勒平台后，MOSFET完全导通，栅极电压和漏极电流不再受转移特性的约束，就继续地增大，直到等于驱动电路的电源的电压。

MOSFET开通损耗主要发生在t2和t3时间段。下面以一个具体的实例计算。输入电压12V，输出电压3.3V/6A，开关频率350kHz，PWM栅极驱动器电压为5V，导通电阻1.5Ω，关断的下拉电阻为0.5Ω，所用的MOSFET为AO4468，具体参数为Ciss=955pF，Coss=145pF，Crss=112pF，Rg=0.5Ω；当VGS=4.5V，Qg=9nC；当VGS=10V，Qg=17nC，Qgd=4.7nC，Qgs=3.4nC；当VGS=5V且ID=11.6A，跨导gFS=19S；当VDS=VGS且ID=250μA，VTH=2V；当VGS=4.5V且ID=10A，RDS（ON）=17.4mΩ。

理解功率MOSFET的开关损耗

理解功率MOSFET的开关损耗

MOSEFT分析：理解功率MOSFET的开关损耗

本文详细分析计算开关损耗，并论述实际状态下功率MOSFET的开通过程和自然

零电压关断的过程，从而使电子工程师知道哪个参数起主导作用并更加深入理解

MOSFET。

MOSFET开关损耗

1 1 开通过程中开通过程中MOSFET开关损耗

功率MOSFET的栅极电荷特性如图1所示。值得注意的是：下面的开通过程对应

着BUCK变换器上管的开通状态，对于下管是0电压开通，因此开关损耗很小，可以忽略不计。

a

图1 MOSFET开关过程中栅极电荷特性

开通过程中，从t0时刻起，栅源极间电容开始充电，栅电压开始上升，栅极电压为

其中： ，VGS为PWM栅极驱动器的输出电压，Ron为PWM

栅极驱动器内部串联导通电阻，Ciss为MOSFET输入电容，Rg为MOSFET的栅极

电阻。

VGS电压从0增加到开启阈值电压VTH前，漏极没有电流流过，时间t1为

VGS电压从VTH增加到米勒平台电压VGP的时间t2为

VGS处于米勒平台的时间t3为

t3也可以用下面公式计算：

注意到了米勒平台后，漏极电流达到系统最大电流ID，就保持在电路决定的恒

定最大值ID，漏极电压开始下降，MOSFET固有的转移特性使栅极电压和漏极电

流保持比例的关系，漏极电流恒定，因此栅极电压也保持恒定，这样栅极电压不

变，栅源极间的电容不再流过电流，驱动的电流全部流过米勒电容。过了米勒平

台后，MOSFET完全导通，栅极电压和漏极电流不再受转移特性的约束，就继续

地增大，直到等于驱动电路的电源的电压。

MOSFET开通损耗主要发生在t2和t3时间段。下面以一个具体的实例计算。输

入电压12V，输出电压3.3V/6A，开关频率350kHz，PWM栅极驱动器电压为5V，

导通电阻1.5Ω，关断的下拉电阻为0.5Ω，所用的MOSFET为AO4468，具体参

数为Ciss=955pF，Coss=145pF，Crss=112pF，Rg=0.5Ω；当VGS=4.5V，Qg=9nC；

MOSFET功率损耗的计算

MOSFET功率损耗的计算

MOSFET功率损耗的计算

摘 要：本文介绍了电动自行车无刷电机控制器的热设计。其中包括控制器工作原理的介绍、MOSFET功率损耗的计算、热模型的分析、稳态温升的计算、导热材料的选择、热仿真等。

关键词：电动自行车 控制器 MOSFET热设计

1. 引言

由于功率MOSFET具有驱动电流小、开关速度快等优点，已经被广泛地应用在电动车的控制器里。但是如果设计和使用不当，会经常损坏MOSFET，而且一旦损坏后MOSFET的漏源极短路，晶圆通常会被烧得很严重，大部分用户无法准确分析造成MOSFET损坏的原因。所以在设计阶段，有关MOSFET的可靠性设计是致关重要的。

MOSFET通常的损坏模式包括：过流、过压、雪崩击穿、超出安全工作区等。但这些原因导致的损坏最终都是因为晶圆温度过高而损坏，所以在设计控制器时，热设计是非常重要的。MOSFET的结点温度必须经过计算，确保在使用过程中MOSFET结点温度不会超过其最大允许值。

2. 无刷电机控制器简介

由于无刷电机具有高扭矩、长寿命、低噪声等优点，已在各领域中得到了广泛应用，其工作原理也已被大家广为熟知，这里不再详述。国内电动车电机控制器通常工作方式为三相六步，功率级原理图如图1所示，其中Q1, Q2为A相上管及下管；Q3, Q4为B相上管及下管；Q5, Q6为C相上管及下管。MOSFET全部使用AOT430。 MOSFET工作在两两导通方式，导通顺序为Q1Q4→Q1Q6→Q3Q6→Q3Q2→Q5Q2→Q5Q4→Q1Q4，控制器的输出通过调整上桥PWM脉宽实现，PWM频率一般设置为18KHz以上。

当电机及控制器工作在某一相时（假设B相上管Q3和C相下管Q6），在每一个PWM周期内，有两种工作状态：

状态1: Q3和Q6导通, 电流I1经Q3、电机线圈L、Q6、电流检测电阻Rs流入地。

状态2: Q3关断, Q6导通, 电流I2流经电机线圈L、Q6、Q4，