MOSFET损耗计算

计算功率耗散要确定一个MOSFET场效应管是否适于某一特定应用，需要对其功率耗散进行计算。

耗散主要包括阻抗耗散和开关耗散：PDDEVICETOTAL=PDRESISTIVE+PDSWITCHING由于MOSFET的功率耗散很大程度上取决于其导通电阻(RDS(ON))，计算RDS(ON)看似是一个很好的着手之处。

但MOSFET的导通电阻取决于结温TJ。

返过来，TJ 又取决于MOSFET中的功率放大器耗散和MOSFET的热阻(ΘJA)。

这样，很难确定空间从何处着手。

由于在功率耗散计算中的几个条件相互依赖，确定其数值时需要迭代过程(图1)。

这一过程从首先假设各MOSFET的结温开始，同样的过程对于每个MOSFET单独进行。

MOSFET的功率耗散和允许的环境温度都要计算。

当允许的周围温度达到或略高于电源封装内和其供电的电路所期望的最高温度时结束。

使计算的环境温度尽可能高看似很诱人，但这通常不是一个好主意。

这样做将需要更昂贵的MOSFET、在MOSFET下面更多地使用铜片，或者通过更大或更快的风扇使空气流动。

所有这些都没有任何保证。

在某种意义上，这一方案蒙受了一些“回退”。

毕竟，环境温度决定MOSFET的结温，而不是其他途径。

但从假设结温开始所需要的计算，比从假设环境温度开始更易于实现。

对于开关MOSFET和同步整流器两者，都是选择作为此迭代过程开始点的最大允许裸片结温(TJ(HOT))。

大多数MOSFET数据参数页只给出25°C的最大RDS(ON)，，但近来有一些也提供了125°C的最大值。

MOSFETRDS(ON)随着温度而提高，通常温度系数在0.35%/°C至0.5%/°C的范围内(图2)。

如果对此有所怀疑，可以采用更悲观的温度系数和MOSFET在25°C规格参数(或125°C的规格参数，如果有提供的话)计算所选择的TJ(HOT)处的最大RDS(ON)：RDS(ON)HOT=RDS(ON)SPEC×[1+0.005×(TJ(HOT)?TSPEC)]其中，RDS(ON)SPEC为用于计算的MOSFET导通电阻，而TSPEC为得到RDS(ON)SPEC 的温度。

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_sw4.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。

浅析开关电源MOS的损耗计算与选型原则
MOS设计选型的几个基本原则
建议初选之基本步骤：
1 电压应力
在电源电路应用中，往往首先考虑漏源电压 VDS 的选择。

在此上的基本原则为MOSFET 实际工作环境中的最大峰值漏源极间的电压不大于器件规格书中标称漏源击穿电压的90% 。

即：
VDS_peak ≤90% * V(BR)DSS
注：一般地， V(BR)DSS 具有正温度系数。

故应取设备最低工作温度条件下之 V(BR)DSS 值作为参考。

2 漏极电流
其次考虑漏极电流的选择。

基本原则为MOSFET 实际工作环境中的最大周期漏极电流不大于规格书中标称最大漏源电流的90% ；漏极脉冲电流峰值不大于规格书中标称漏极脉冲电流峰值的90% 即：
ID_max ≤90% * ID
ID_pulse ≤90% * IDP
注：一般地， ID_max 及 ID_pulse 具有负温度系数，故应取器件在最大结温条件下之 ID_max 及 ID_pulse 值作为参考。

器件此参数的选择是极为不确定的—主要是受工作环境，散热技术，器件其它参数（如导通电阻，热阻等）等相互制约影响所致。

最终的判定依据是结点温度（即如下第六条之“耗散功率约束”）。

根据经验，在实际应用中规格书目中之 ID 会比实际最大工作电流大数倍，这是因为散耗功率及温升之限制约束。

在初选计算时期还须根据下面第六条的散耗功率约束不断调整此参数。

建议初选于3~5 倍左右 ID = (3~5)*ID_max。

3 驱动要求
MOSFEF 的驱动要求由其栅极总充电电量（Qg ）参数决定。

在满足其它参数要求的情。

无刷电机控制器工作原理的介绍、MOSFET功率损耗(电动车)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 ... 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，此状态称为续流状态。

浅论MOSFET的损耗及软开关dog72MOSFET等效模型损耗分析导通损耗主要是Rdson上的有效电流产生的损耗，无需多言。

主要分析的是MOS开通和关断造成的损耗。

驱动损耗驱动损耗是栅极对结电容Cgs+Cgd充放电所造成的能量损失，主要和驱动电压的平方成正比，与频率和电容量成正比。

漏极电荷损耗漏极电压存储在Cgd+Cds上的电荷，会在MOS开关时不断的充放电，造成能量损失。

这部分与驱动损耗类似，只是电压为漏极电压的平方。

开通损耗开通损耗主要是因为在开通的过程中漏极因结电容的影响电压不能突变。

这样，开通损耗=0Ton ds d V I ⋅⎰。

假如电路为漏极接电感的Boost 拓扑，考虑最坏情况此处损耗功率为输出电压与电感最大电流的乘积的二分之一。

由于，开通损耗是存在于每个周期的，所以随着开关频率的提高，开通损耗线性增长。

关断损耗关断损耗产生的原因，主要是功率电感上电流不能突变，因而当MOS 关断时造成漏极电压突变（考虑漏极结电容的影响，电压并不会突变，但在大电流模式下因结电容很小所以可以近似为突变）。

与开通损耗类似的，最坏情况损耗功率为输出电压与电感最大电流的乘积的二分之一。

开关损耗开通损耗与关断损耗的和为MOS 的开关损耗，从0Ton ds d V I ⋅⎰可以得出三种方法可以降低开关损耗：1、 提高开关速度2、 开关动作时，使得漏极电压为零（或很低）3、 开关动作时，使得漏极电流为零（或很低） MOSFET 误导通和击穿MOS 的误导通和击穿会造成很大的损耗甚至损坏电路，所以有必要讨论一下。

根据MOS 等效模型，MOS 在关断的情况下有两种可能被强制开通：1、 当漏极出现很强的电压变化率时（即dv/dt 很大），等效网络“Rds-Cgd-Rg-Cgs-驱动内阻”内会产生很高的电流，如果Rg+驱动内阻足够大，则很有可能导致Cgs 上的电压瞬间超过开通门限，导致MOS 误导通2、 与上同样的dv/dt ，会在等效网络“Rds-Cds-Rb ”内产生很高的电流，如果这个电流在Rb 上的电压超过寄生BJT 的导通电压，则会导致BJT 导通形成击穿。

MOSFET损耗计算MOSFET在开关过程中，会产生一定的损耗，主要包括以下几部分:开通损耗开通过程中的电压、电流和功耗波形近似如下:Pswitch-on = 1/2* VDSiD*(t2-t0)*f导通损耗2Pon=Id * Rds(on)*Ton*f其中:Rds(on) :实际结温下的导通电阻，可以通过查阅datasheet中的相关曲线获得;Id :导通时的电流有效值;Ton :一个周期内的导通时间;f:开关频率。

D:占空比，D,Ton*f。

根据电流的工作模式可以分为下面3种:电流模式波形计算公式id2 常值 Pon,Rds(on)*id*D0 tonipeak2 电流不连续 Pon,1/3* Rds(on)*ipeak*D0 tonipeak2 2 Pon,1/3*Rds(on)*[ipeak1+ ipeak1* 电流连续 ipeak1 2 ipeak2+ ipeak2 ]*D0 ton关断损耗关断过程中的电压、电流和功耗波形近似如下:Pswitch-off = 1/2* VDSiD*(t5-t3)*f截止损耗Poff=VDS*IDSS*toff*f其中:VDS :截止时的D-S间的电压IDSS :截止时的实际结温下的漏电流toff:一个周期内的截止时间除了以上4种损耗外，门极驱动和输出电容也会消耗一定的功耗。

门极损耗Pgate=QG*Vgs* f*RG/(RG+Rdrive) 其中:QG :门极充电总电荷RG :MOSFET内部门极寄生输入电阻Rdrive :外接的门极驱动电阻输出电容损耗2 Pcoss = 1/2*Co(er)*VDS*f其中:Co(er) :等效输出电容(能量一定);VDS :截止时的D-S间的电压此损耗一般在开关频率较高、硬开关工作时的幅值较高，需要考虑。

有时候MOSFET的内部反并寄生二极管会流过电流，也会产生一定的功耗，寄生二极管的功耗Pdiode计算可以参考二极管的功耗计算方法。

MOSFET 耗散功率的估算前言1．Mosfet耗散功率的估算§1.1 Mosfet管的工作原理简介理想情况下,MOSFET管仅仅只起到开关作用。

典型电路简图如图1.1所示，U1为电池放电输出图1.1I 为电池放电电流，桥式连接，在上半个周期内M2和M3导通，U2电压为正，在下半个周期内，M1和M4导通，U2电压为负。

于是输出的电压U2就好比是交流电。

理想情况下，电池输出功率等于负载功率，即：W battery = U1*I1= W Load =U2*I2 ⑴但实际上，由于电路上的损耗，W battery = U1* I1 = W Load/ŋ =U2*I2 /ŋ⑵由公式⑵可以看出，当负载功率增大时，电流增大。

而当流经MOSFET管的电流增大时，那么消耗在MOSFET的能量就增大。

为了保证UPS系统能安全正常的运行，我们在设计MOSFEET的散热片时，必须考虑到UPS 的过载运行情况，依次为依据来设计散热片。

必须的补充一点的是，由于MOSFET管起着开关作用，并不是时刻都在导通，由图1.1可以看出，每个MOSFET管各导通半个周期。

§1.2 Mosfet管的功率消耗在实际工作状态下，用于开关作用的场效应管不可避免的存在功率损耗，通常表现在两个方面：（1）MOSFET在通态时，由于通态电阻大，通态损耗比较大，但通态电阻具有正的温度效应，温度升高，电阻增大，故MOSFET管的功耗比较均匀。

（2）MOSFET在电流非零时强制关断，在电压非零时开启，MOSFET关断时，与之串联的变压器之电感将产生感生电压尖峰；MOSFET开启时，变频器开启又将产生翻转电流。

但是，虽然MOSFET的工作频率很高，但开关时间很短，在（NS）范围之内，所以开关损耗占总损耗比率较小。

（3）基极电阻引起的驱动损耗，在MOSFET管中，由于驱动电流很小，常忽略不计。

由此可以描绘出MOSFET源极电流Is,漏源极间电压Vds随时间变化曲线如图1.2所示则MOSFET 单位时间的功率损耗P=f*∫V ds （t ）*I s （t ）d t （*）f 为MOSFET 工作频率 图1.2I D 表示漏极电流，Vds 表示作用在源漏极电压。

⼀看就会！这位⽜⼈把MOS开关损耗计算写神了2019-11-14 15:35电源⼯程师们都知道开关MOS在整个电源系统⾥⾯的损耗占⽐是不⼩的，我们谈及最多的就是开通损耗和关断损耗，由于这两个损耗不像导通损耗或驱动损耗⼀样那么直观，所以有部分⼈对于它计算还有些迷茫。

今天我们就来详细分析计算⼀下开关损耗，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、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。

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。

mos 输出电容损耗
MOS（金属氧化物半导体）器件的输出电容损耗是指当信号通过MOS器件的输出端时，由于输出电容的存在而导致的信号能量损耗。

输出电容损耗可以通过计算输出电容的充电和放电时间来估计。

输出电容损耗可以通过以下公式计算：
损耗能量 = 0.5 * C * V^2
其中，C是输出电容，V是输出信号的电压幅值（峰值）。

需要注意的是，这个公式是一个近似值，考虑了输出电容的充电和放电过程中的平均电压。

实际情况可能会有更多的因素影响损耗，例如电流驱动能力和开关速度等。

要获取更准确的输出电容损耗值，需要考虑诸多因素，包括MOS器件的几何结构（尺寸、布局等）、工作条件（电压、温度等）以及使用的模型和工艺参数等。

对于具体的应用和设计需求，最好进行电路仿真或实际测量来获得准确的输出电容损耗值。