功率MOSFET在高頻功率變換器中得到廣泛應(yīng)用。在開(kāi)關(guān)頻率較高的情形下,開(kāi)關(guān)損耗不僅對(duì)變換器總體損耗產(chǎn)生影響,也是變換器電路參數(shù)優(yōu)化、PCB布局所要考慮的重要因素。
目前,已經(jīng)有相當(dāng)多的文獻(xiàn)研究了MOSFET的開(kāi)關(guān)損耗計(jì)算模型。但是解析模型建模過(guò)程需要求解復(fù)雜微分方程組,使得開(kāi)關(guān)損耗計(jì)算過(guò)程較為復(fù)雜,不利于工程實(shí)際應(yīng)用。而Medici和Pspice等仿真軟件雖然可以準(zhǔn)確地得出開(kāi)關(guān)損耗,但這是一種耗費(fèi)時(shí)間的方法。而且通常一個(gè)變換器系統(tǒng)存在多個(gè)器件,顯著增加了軟件的處理時(shí)間和仿真難度,不適合大規(guī)模數(shù)據(jù)處理。
功率MOSFET中的寄生電容與跨導(dǎo)系數(shù)具有非線性特征,取值是否合理對(duì)損耗計(jì)算準(zhǔn)確度有明顯影響。現(xiàn)有計(jì)算方法的跨導(dǎo)系數(shù)取值未考慮不同負(fù)載電流的情況,且沒(méi)有給出定量的寄生電容及跨導(dǎo)系數(shù)取值方法。
針對(duì)以上問(wèn)題,合肥工業(yè)大學(xué)光伏系統(tǒng)教育部工程研究中心的研究人員提出了一種考慮寄生參數(shù)影響的功率MOSFET開(kāi)關(guān)損耗計(jì)算方法。
圖1 Pspice仿真電路
該方法考慮了寄生參數(shù)的影響,并推導(dǎo)出非線性電容以及跨導(dǎo)系數(shù)的取值公式,細(xì)分了MOSFET的開(kāi)關(guān)過(guò)程,給出開(kāi)關(guān)過(guò)程中每個(gè)模態(tài)轉(zhuǎn)換的標(biāo)志。為了避免求解復(fù)雜微分方程組,采用對(duì)電壓、電流波形分段線性近似的方式,推導(dǎo)出漏極電流和漏源極電壓的上升、下降時(shí)間以及簡(jiǎn)化解析式,得到一種簡(jiǎn)潔易用的開(kāi)關(guān)損耗計(jì)算方法。
圖2 本方法結(jié)果與Pspice仿真結(jié)果比較
研究人員將所提出方法與Pspice模型仿真結(jié)果進(jìn)行對(duì)比。所提出方法計(jì)算結(jié)果可以較好地接近Pspice仿真結(jié)果,并能反映出寄生參數(shù)變化對(duì)于開(kāi)關(guān)損耗的影響趨勢(shì)。他們指出,相比于已有模型,所提出的方法避免了復(fù)雜的微分方程組求解,更加簡(jiǎn)潔易用。所提出的開(kāi)關(guān)損耗計(jì)算方法對(duì)于變換器參數(shù)優(yōu)化、PCB布局、散熱設(shè)計(jì)等工程實(shí)踐具有一定參考價(jià)值。
本文編自2021年《電工技術(shù)學(xué)報(bào)》增刊2,論文標(biāo)題為“考慮寄生參數(shù)的功率MOSFET開(kāi)關(guān)損耗簡(jiǎn)化計(jì)算方法”,作者為石新春、馬莽原 等。