R课堂 | SiC MOSFET：通过波形的线性近似分割来计算损耗的方法

SiC功率元器件基础

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本文将介绍根据在上一篇文章中测得的开关波形，使用线性近似法来计算功率损耗的方法。

开关波形的测量方法

通过波形的线性近似分割来计算损耗的方法

根据测得波形计算功率损耗示例

各种波形的开关损耗计算示例

各种波形的导通损耗计算示例

通过在线性近似有效范围内对所测得的波形进行分割，可以计算出功率损耗。

首先，计算开通和关断时间内消耗的功率损耗P _ton 和P _toff 。波形使用图1中的示例波形。功率损耗使用表1中的近似公式来计算。由于计算公式会因波形的形状而有所不同，因此请选择接近测得波形的近似公式。

在图1的波形示例中，开通时的波形被分割为两部分，前半部分（t _on1 ）使用表1中的例2。另外，使用公式I _D1 ≔0作为条件。后半部分（t _on2 ）使用例3中的公式V _DS2 ≔0。

在图1中，会因MOSFET的导通电阻和I _D 而产生电压V _DS2 (on)，但如果该电压远低于V _DS 的High电压，就可以视其为零。

图1. 开关损耗波形示例

综上所述，可以使用下面的公式（1）来近似计算开通时的功率损耗。

同样，将关断时的波形也分为两部分，前半部分（t _off1 ）使用表1的例1中的公式V _DS1 ≔0，后半部分使用（t _off2 ）例8中的公式I _D2 ≔0。在图1中，由于前述的原因，会产生电压V _DS1 (off)，但如果该电压远低于V _DS 的High电压，则将其按“零”处理。这样，就可以使用下面的公式（2）来近似计算关断时的功率损耗。

表1. 各种波形形状的线性近似法开关损耗计算公式

接下来，我们来计算导通期间消耗的功率损耗。图2是用来计算导通损耗的波形示例。由于在T _ON 区间MOSFET是导通的，因此V _DS 是MOSFET导通电阻和I _D 的乘积。有关导通电阻的值，请参阅技术规格书。需要从表2中选择接近该波形形状的例子并使用其近似公式来计算功率损耗。

图2. 导通损耗波形示例

在本示例中，我们使用表2中的例1。MOSFET导通期间的导通损耗可以用下面的公式（3）来计算。

表2. 各种波形形状的线性近似法导通损耗计算公式

MOSFET关断时的功率损耗在图2中位于T OFF 区间，由于MOSFET关断时的I _D 足够小，因此将功率损耗视为零。

如公式（4）所示，MOSFET开关工作时的总功率损耗为此前计算出的开关损耗和导通损耗之和。

需要注意的是，表1和表2中的每个例子都有“参见附录”的注释，在附录中有每个例子的详细计算示例。各计算示例将会在后续的“各种波形的开关损耗计算示例”和“各种波形的导通损耗计算示例”中出现。