MOS管功耗计算

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： Wbattery = U1*I1= WLoad =U2*I2 但实际上，由于电路上的损耗， Wbattery = U1* I1 = WLoad/ =U2*I2 / 由公式可以看出，当负载

2、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MOSF

3、ET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*Vds（t）*Is（t）dt （*） transformer)inductance ofby

4、 the leakageVoltage spike(Causein continuos mode)converter operatingcurrent(Only whenReverse recoveryVdstontoffVdsIDTurn-onTurn-off f为MOSFET工作频率 图1.2 ID 表示漏极电流，Vds表示作用在源漏极电压。 在截止区，Is 0，故断态损耗可忽略；在可变电阻区，Vds 0，故积分式（*）可简化为： P=1/2f·VCC·IM·Toff+1/2f·VCC·IM·Ton+f·ID2 

5、3;Rdson·D 上式中，前两项表示开关损耗，与所带负载属性有关，实际计算颇为繁复，最后项表示通态平均损耗，计算比较方便。在实际的计算中，本文尝试先求出功率MOSFET管的通态平均损耗，然后修正。 P = ID（rms）2·Rds（25）1+（Tj-25） 为通态电阻的温度系数，可以在元件规格中查出； Tj为MOSFET管PN节温度，一般不允许超过150，元件规格中一般都给出PN节到管壳的热阻Rj-c，Tj = TC + P·Rj-c，为减少迭代次数，以后统一取Tj = 150。 现在来确定ID（rms），前面已经提到，ID（rms）与UPS系统所带负载大小成正

6、比，由公式（2）得I1= WLoad/（·U1）。但须注意的是，在电池过程，电池的输出电压是逐渐递减的，UPS允许的最低电压是10.4V,由于输出功率不变,此时输出电流最大，因而功率损耗也最大，所以一般来讲U1应取10.4V。 当N个MOSFET管并联时，虽然具体每一个MOSFET的特性有微小差别，但由于MOSFET的均流特性，流过每一个管的电流基本相等，即： ID（rms）= I1/N 联立公式， 及Tj = 150，得： P = WLoad/（·U1·N）2·Rds（25）（1+125·） 在我们设计的UPS系统中，由于MOSFET导通和关断状态各占