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ZHCU753A January 2022 – October 2022

2.4.1.7 MOSFET 额定值

MOSFET 额定电压
当 MOSFET 处于关断状态时，它必须阻断直流总线电压，该电压最高可上升至 400V。因此，考虑到要留出 50% 的余量作为安全系数，该设计选择了 600V MOSFET。
MOSFET 额定电流
当 MOSFET 导通时，它会在电感处于最低值时传导电感器电流峰值
Equation23. $I_{F E T_{(P E A K)}} = I_{L_{(P E A K)}}$
MOSFET 中的功率耗散
MOSFET 的总功率耗散包括导通损耗、关断损耗、开通损耗、C_OSS 损耗和栅极驱动损耗。可以使用以下公式估算该值
Equation24. $P_{F E T} = P_{R_{D S (O N)}} + P_{S W I T C H (t_{O N})} + P_{S W T I C H (t_{O F F})} + P_{C_{O S S}} + P_{G A T E}$

MOSFET 导通损耗
MOSFET 中的导通损耗可以通过以下公式进行计算
Equation25. $P_{R_{D S (O N)}} = I_{F E T (R M S)}^{2} \times R_{D S (O N)}$
其中 FET RMS 电流可以使用以下公式进行计算：
Equation26. $I_{F E T (R M S)} = \sqrt{f_{L I N E} \times \sum_{n = 1}^{I t e r a t i o n} \{\int_{0}^{[\frac{D (n \times S t e p)}{f_{S W}}]} {[\frac{I_{I N} (n \times S t e p)}{2}]}^{2} d t\}}$

MOSFET 开通损耗
- 由于开通操作而产生的 MOSFET 开关损耗
  Equation27. ${P_{S W I T C H}}_{(t_{O N})} = f_{L I N E} \times \sum_{n = 1}^{I t e r a t i o n} [I_{I N_{t_{O N}}} (n \times S t e p) \times V_{O U T} \times t_{O N (d e l a y)}]$
- 其中导通状态下的电流的计算公式为
  Equation28. $I_{I N_{t_{O N}}} (t) = (I_{L} - \frac{∆ I_{L_M A X}}{2}) \sin (ω \times t)$
- MOSFET 开通延迟时间的计算公式为
  Equation29. $t_{O N (d e l a y)} = \frac{Q_{G S (m i l l e r ）}}{I_{G A T E (O N)}}$
- I_GATE(ON) 是开通操作期间的平均 FET 栅极驱动电流
  Equation30. $I_{G A T E (O N)} = \frac{V_{G S (M A X)}}{2 \times R_{G A T E (O N)}}$
  其中，R_GATE(ON) = R70 = R71。这是开通操作期间栅极电流路径中的电阻。
MOSFET 关断
- 由于关断操作而产生的 MOSFET 开关损耗
  Equation31. ${P_{S W I T C H}}_{(t_{O F F})} = f_{L I N E} \times \sum_{n = 1}^{I t e r a t i o n} [I_{I N_{t_{O F F}}} (n \times S t e p) \times V_{O U T} \times t_{O F F (d e l a y)}]$
- 其中关断状态下的电流的计算公式为
  Equation32. $I_{I N_{t_{O F F}}} (t) = (I_{L} + \frac{∆ I_{L_M A X}}{2}) \sin (ω \times t)$
- MOSFET 关断延迟时间的计算公式为
  Equation33. $t_{O F F (d e l a y)} = \frac{Q_{G S (m i l l e r ）}}{I_{G A T E (O F F)}}$
- I_GATE(OFF) 是关断操作期间的平均 FET 栅极驱动电流。该模式下的电流流经二极管和与二极管串联的电阻器。因此，考虑到正向压降，I_GATE(OFF) 的计算公式为：
  Equation34. $I_{G A T E (O F F)} = \frac{V_{G S (M A X)} - V_{f_D i o d e}}{2 \times R_{G A T E (O F F)}}$
总 FET 损耗的一部分是源于 PWM 开关周期内充电和放电期间的影响因素 C_OSS (C_OSS(AVG))，其计算公式为
Equation35. $P_{C_{O S S}} = \frac{1}{2} \times C_{O S S (A V G)} \times V_{O U T}^{2} \times f_{S W_P F C}$
其中 C_OSS 随线电压的变化而变化，其关系不是线性函数。FET 数据表中的以下公式和信息可用于计算 C_OSS(AVG)。C_OSS(SPEC) 是在指定电压 V_DS(SPEC) 下测得的典型 C_OSS。
Equation36. $C_{O S S (A V G)} = 2 \times C_{O S S (S P E C)} \times \sqrt{\frac{V_{D S (S P E C)}}{V_{O U T}}}$
MOSFET 栅极损耗可通过以下计算公式来确定
Equation37. $P_{G A T E} = Q_{G S} \times V_{G S (M A X)} \times f_{S W_P F C}$