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功率MOSFET在高頻功率變換器中得到廣泛應(yīng)用。在開關(guān)頻率較高的情形下，開關(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的開關(guān)損耗計(jì)算模型。但是解析模型建模過程需要求解復(fù)雜微分方程組，使得開關(guān)損耗計(jì)算過程較為復(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?，F(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的開關(guān)過程，給出開關(guān)過程中每個(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)間以及簡化解析式，得到一種簡潔易用的開關(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)于開關(guān)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(fù)雜的微分方程組求解，更加簡潔易用。所提出的開關(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開關(guān)損耗簡化計(jì)算方法”，作者為石新春、馬莽原 等。