- 頭條合肥工大科研團隊提出一種簡潔易用的MOSFET開關損耗簡化計算方法2022-05-17 作者：石新春、馬莽原 等 | 來源：《電工技術學報》 | 點擊率：導語變換器設計過程中，金屬-氧化物半導體場效應晶體管（MOSFET）的開關損耗計算是變換器散熱設計和參數優化的理論依據之一。現有計算開關損耗的方法在數學建模過程中需要求解微分方程組，計算過程較為復雜，不利于實際工程應用。合肥工業大學光伏系統教育部工程研究中心的研究人員馬昆、施永、蘇建徽、賴紀東、于翔，在2021年《電工技術學報》增刊2上撰文，提出一種簡潔易用的MOSFET開關損耗簡化計算方法。
功率MOSFET在高頻功率變換器中得到廣泛應用。在開關頻率較高的情形下，開關損耗不僅對變換器總體損耗產生影響，也是變換器電路參數優化、PCB布局所要考慮的重要因素。
目前，已經有相當多的文獻研究了MOSFET的開關損耗計算模型。但是解析模型建模過程需要求解復雜微分方程組，使得開關損耗計算過程較為復雜，不利于工程實際應用。而Medici和Pspice等仿真軟件雖然可以準確地得出開關損耗，但這是一種耗費時間的方法。而且通常一個變換器系統存在多個器件，顯著增加了軟件的處理時間和仿真難度，不適合大規模數據處理。
功率MOSFET中的寄生電容與跨導系數具有非線性特征，取值是否合理對損耗計算準確度有明顯影響。現有計算方法的跨導系數取值未考慮不同負載電流的情況，且沒有給出定量的寄生電容及跨導系數取值方法。
針對以上問題，合肥工業大學光伏系統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影響的功率MOSFET開關損耗計算方法。
圖1 Pspice仿真電路
該方法考慮了寄生參數的影響，并推導出非線性電容以及跨導系數的取值公式，細分了MOSFET的開關過程，給出開關過程中每個模態轉換的標志。為了避免求解復雜微分方程組，采用對電壓、電流波形分段線性近似的方式，推導出漏極電流和漏源極電壓的上升、下降時間以及簡化解析式，得到一種簡潔易用的開關損耗計算方法。
圖2 本方法結果與Pspice仿真結果比較
研究人員將所提出方法與Pspice模型仿真結果進行對比。所提出方法計算結果可以較好地接近Pspice仿真結果，并能反映出寄生參數變化對于開關損耗的影響趨勢。他們指出，相比于已有模型，所提出的方法避免了復雜的微分方程組求解，更加簡潔易用。所提出的開關損耗計算方法對于變換器參數優化、PCB布局、散熱設計等工程實踐具有一定參考價值。
本文編自2021年《電工技術學報》增刊2，論文標題為“考慮寄生參數的功率MOSFET開關損耗簡化計算方法”，作者為石新春、馬莽原 等。
