功率变换器中PowerMOSFET功率损耗的数学分析及计算.pdf

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1、2012年第1期煤矿机电·59·功率变换器中PowerMOSFET功率损耗的数学分析及计算黄菲菲(中国矿业大学信电学院，江苏徐州221008)摘要：为改善中、低压电力电子设备中开关器件的性能，给出了一种功率变换器的PowerMOS·FET开关电路模型。其PowerMOSFET的功率损耗主要由导通损耗和开关损耗构成，由此推导了功率变换器主电路中PowerMOSFET的损耗计算公式，并根据实验波形的计算，得到PowerMOS—FET的功率损耗。得到的计算结果表明：当开关频率较大时，开关损耗是PowerMOSFET功率损耗的主要部分。关键词：PowerMOSFET开关电路

2、；功率损耗；功率变换器中图分类号：TP212文献标识码：A文章编号：1001—0874(2012)01—0059一o4MathematicAnalysisandCalculationofPowerM0SFETLossinPowerConverterHUANGFei-fei(SchoolofInformationandElectricalEngineering，ChinaUniversityofMiningandTechnology，Xuzhou221008，China)Abstract：Inordertoimprovetheperformanceoflowvolta

3、geelectricalpowerandelectronicdevice’Sswitchunits．akindofswitchingcircuitmodelofPowerMOSFETispresented．Thenthecomputationalformulaofthe1OSSofPowerMOSFETderivesinthemaincircuitoftheconvel~er．ThepowerlossofPowerMOSFETiSmainlyconstitutedbyconductionlOSSandswitchinglOSS．Basedontheexperimen

4、talwave~rmsthepowerlossesofthePowerMOSFETarecalculated．Theresultindicatesthatwhentheswitchingfrequencyishigher，theswitchinglossisamajorpartofthepowerlossesofPowerMOSFET．Keywords：PowerMOSFETswitchcircuit；powerloss；powerconverter0引言1PowerMOSFET开关过程分析PowerMOSFET由于其自身的结构特点，在开关1．1建立开关电路模型性能

5、和功率输出方面有着明显的优势，在中低压电建立PowerMOSFET开关电路模型_l0J，如图1力电子设备中有广泛的应用。随着开关频率的提所示，其中／Z为矩形脉冲电压信号源，R为栅极电高，PowerMOSFET的开关损耗越来越大，成为开关阻，CCgd和C。是三个极间电容。对图1所示的开器件耗散功率的主要部分。这部分耗散功率会转变关电路模型作基本假设：为热量使器件的管芯发热，结温升高，如果不采取有1)栅极外加电压为理想方波；效的散热措施，就会影响器件的工作性能，降低系统2)极间电容为恒值，且有Cd>CC>C；的可靠性，甚至损坏器件。为了合理的选择散热方3)通态下的直流跨

6、导G为恒值；式，就必须尽量精确地计算PowerMOSFET的功率4)开关时间的各时区时间坐标均从本时区损耗。算起；5)漏源电压“和漏源电流i波形进行了理想·6O·煤矿机电2012年第1期化处理。为：Vl()：Ud一南I由l在此阶段内功率损耗可表示为：D)d／o上f牛l』“ds=一6~VJoG。一=C3)关断延迟阶段(t)：关断前器件处于全导通，id=Io，Md=UO80=IoR⋯ugs=Ugl。当t=t4时，“g由Us。突降为一，输入电容被反向充电。栅极电图1PowerMOSFET开关电路模型压开始下降，当t=t，。下降到时，漏极电流ia整个MOSFET的开关过程可

7、分为4个阶段，才开始减小。这段时间称为关断延迟时间，开关损由图2可知，图上面是MOSFET触发电压“及栅源耗为零。电压波形，图下面为漏源电压U和漏源电流i4)电流下降时间(t～t)：／~gs从下降，ia波形。图中，t表示开通延迟时间，t表示电流上减小。到=t时，u=UT，i减小到零，同时d升升时间，、表示关断延迟时间，t表示电流下降时高直至U，器件关断。此后C继续反向充电直至间。=一，关断结束。漏极电流为：t／g,Ugsid(￡)=／o一_1ospUT卜⋯漏源电压为：ud()=t在此阶段内功率损耗可表示为：P，=寺(t)·)出图2PowerMOSFET的开关过程