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MOS管開(kāi)關(guān)管損耗計算方法公式詳解

MOSFET的開(kāi)關(guān)損耗

一個(gè)功率MOSFET可以實(shí)現的最大開(kāi)關(guān)頻率依賴(lài)于開(kāi)關(guān)損耗。每個(gè)脈沖周期的能量損耗就像其他器件一樣是可以估算的，可通過(guò)在開(kāi)通和關(guān)斷過(guò)程中對V(t)和i(t)的乘積進(jìn)行積分計算。在開(kāi)通期間，可以估算為

1.png

在實(shí)際情況中，每個(gè)脈沖的能量損耗由波形圖決定?，F代示波器可以計算出電流和電壓的乘積并在選定時(shí)間內積分可以進(jìn)行估算

2.png

假定在Tfv時(shí)刻，由二極管引起的最大反向電流IRRM呈線(xiàn)性衰減。對于關(guān)斷過(guò)程，能量損耗可以估算為

3.png

由可知其值近似為

4.png

總的開(kāi)關(guān)損耗由下式?jīng)Q定：

5.png

導通損耗和阻斷損耗還要相加到開(kāi)關(guān)損耗上。對于功率MOSFET,阻斷狀態(tài)下的漏電流大約有幾微安，因此阻斷損耗可以忽略不計。導通損耗是不可以忽略的。

定義占空比d為MOSFET導通相對整個(gè)開(kāi)關(guān)周期的間隔的比值。導通損耗可以根據以下公式估算：

6.png

總的損耗可以由下式得到

7.png

這些損耗只能通過(guò)熱流從管殼傳出去。最大允許損耗是由散熱條件、可承受的溫度差和熱阻決定的。
對舉例的 MOSFET IXYS IXFH 67 N10,由數據表中的熱阻值可以估算出開(kāi)關(guān)頻率最高可達到300kHz.很明顯，MOSFET作為一個(gè)單極型器件，是現有最快的Si半導體開(kāi)關(guān)器件。
潛在的開(kāi)關(guān)轉換頻率一方面依賴(lài)于熱參數，同時(shí)也要考慮電路中的其他器件，因此整個(gè)電路必須是最優(yōu)化的。由式（9-34)和式（9-36)可知開(kāi)關(guān)損耗由開(kāi)關(guān)時(shí)間決定。更小的柵電阻Rc可以減少開(kāi)關(guān)時(shí)間，從而可以降低開(kāi)關(guān)損耗。另一方面，斜率的陡峭度在實(shí)際中也是要受到限制的：
1)電機繞組的限制，它抗不住過(guò)高的dv/dt.
2)還要受感性電路中必不可少的續流二極管的限制。續流二極管選擇不當的
話(huà)，提高di/dt就會(huì )導致急速開(kāi)關(guān)特性，出現電壓尖峰和振蕩等現象。

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