MOS管功耗計(jì)算

1、MOSFET 耗散功率的估算前 言 1 Mosfet耗散功率的估算§1.1 Mosfet管的工作原理簡(jiǎn)介理想情況下,MOSFET管僅僅只起到開關(guān)作用。典型電路簡(jiǎn)圖如圖1.1所示，U1為電池放電輸出 圖1.1I 為電池放電電流，橋式連接，在上半個(gè)周期內(nèi)M2和M3導(dǎo)通，U2電壓為正，在下半個(gè)周期內(nèi)，M1和M4導(dǎo)通，U2電壓為負(fù)。于是輸出的電壓U2就好比是交流電。理想情況下，電池輸出功率等于負(fù)載功率，即： Wbattery = U1*I1= WLoad =U2*I2 但實(shí)際上，由于電路上的損耗， Wbattery = U1* I1 = WLoad/ =U2*I2 / 由公式可以看出，當(dāng)負(fù)載

2、功率增大時(shí)，電流增大。而當(dāng)流經(jīng)MOSFET管的電流增大時(shí)，那么消耗在MOSFET的能量就增大。為了保證UPS系統(tǒng)能安全正常的運(yùn)行，我們?cè)谠O(shè)計(jì)MOSFEET的散熱片時(shí)，必須考慮到UPS 的過載運(yùn)行情況，依次為依據(jù)來設(shè)計(jì)散熱片。 必須的補(bǔ)充一點(diǎn)的是，由于MOSFET管起著開關(guān)作用，并不是時(shí)刻都在導(dǎo)通，由圖1.1可以看出，每個(gè)MOSFET管各導(dǎo)通半個(gè)周期。§1.2 Mosfet管的功率消耗在實(shí)際工作狀態(tài)下，用于開關(guān)作用的場(chǎng)效應(yīng)管不可避免的存在功率損耗，通常表現(xiàn)在兩個(gè)方面：（1） MOSFET在通態(tài)時(shí)，由于通態(tài)電阻大，通態(tài)損耗比較大，但通態(tài)電阻具有正的溫度效應(yīng)，溫度升高，電阻增大，故MOSF

3、ET管的功耗比較均勻。（2） MOSFET在電流非零時(shí)強(qiáng)制關(guān)斷，在電壓非零時(shí)開啟，MOSFET關(guān)斷時(shí)，與之串聯(lián)的變壓器之電感將產(chǎn)生感生電壓尖峰；MOSFET開啟時(shí)，變頻器開啟又將產(chǎn)生翻轉(zhuǎn)電流。但是，雖然MOSFET的工作頻率很高，但開關(guān)時(shí)間很短，在（NS）范圍之內(nèi)，所以開關(guān)損耗占總損耗比率較小。（3） 基極電阻引起的驅(qū)動(dòng)損耗，在MOSFET管中，由于驅(qū)動(dòng)電流很小，常忽略不計(jì)。由此可以描繪出MOSFET源極電流Is,漏源極間電壓Vds隨時(shí)間變化曲線如圖1.2所示 則MOSFET單位時(shí)間的功率損耗 P=f*Vds（t）*Is（t）dt （*） transformer)inductance ofby

4、 the leakageVoltage spike(Causein continuos mode)converter operatingcurrent(Only whenReverse recoveryVdstontoffVdsIDTurn-onTurn-off f為MOSFET工作頻率 圖1.2 ID 表示漏極電流，Vds表示作用在源漏極電壓。 在截止區(qū)，Is 0，故斷態(tài)損耗可忽略；在可變電阻區(qū)，Vds 0，故積分式（*）可簡(jiǎn)化為： P=1/2f·VCC·IM·Toff+1/2f·VCC·IM·Ton+f·ID2 

5、3;Rdson·D 上式中，前兩項(xiàng)表示開關(guān)損耗，與所帶負(fù)載屬性有關(guān)，實(shí)際計(jì)算頗為繁復(fù)，最后項(xiàng)表示通態(tài)平均損耗，計(jì)算比較方便。在實(shí)際的計(jì)算中，本文嘗試先求出功率MOSFET管的通態(tài)平均損耗，然后修正。 P = ID（rms）2·Rds（25）1+（Tj-25） 為通態(tài)電阻的溫度系數(shù)，可以在元件規(guī)格中查出； Tj為MOSFET管PN節(jié)溫度，一般不允許超過150，元件規(guī)格中一般都給出PN節(jié)到管殼的熱阻Rj-c，Tj = TC + P·Rj-c，為減少迭代次數(shù)，以后統(tǒng)一取Tj = 150。 現(xiàn)在來確定ID（rms），前面已經(jīng)提到，ID（rms）與UPS系統(tǒng)所帶負(fù)載大小成正

6、比，由公式（2）得I1= WLoad/（·U1）。但須注意的是，在電池過程，電池的輸出電壓是逐漸遞減的，UPS允許的最低電壓是10.4V,由于輸出功率不變,此時(shí)輸出電流最大，因而功率損耗也最大，所以一般來講U1應(yīng)取10.4V。 當(dāng)N個(gè)MOSFET管并聯(lián)時(shí)，雖然具體每一個(gè)MOSFET的特性有微小差別，但由于MOSFET的均流特性，流過每一個(gè)管的電流基本相等，即： ID（rms）= I1/N 聯(lián)立公式， 及Tj = 150，得： P = WLoad/（·U1·N）2·Rds（25）（1+125·） 在我們?cè)O(shè)計(jì)的UPS系統(tǒng)中，由于MOSFET導(dǎo)通和關(guān)斷狀態(tài)各占