在電力電子領(lǐng)域，為了確保 SiC（碳化硅）模塊的安全使用，計算其在工作條件下的功率損耗和結(jié)溫，并使其在額定值范圍內(nèi)運行至關(guān)重要。MOSFET 的損耗計算與 IGBT 既有相似之處，又存在顯著差異。相較于 IGBT，MOSFET 具備反向?qū)ǖ奶匦?，能夠工作在同步整流模式。本文將詳?xì)介紹 SiC MOSFET 模塊的損耗計算方法。

1. MOSFET 正向?qū)?/h4>

圖 1 展示了單個導(dǎo)通脈沖（電感負(fù)載）的電壓 - 電流波形及產(chǎn)生的損耗示意圖。通過對電流和電壓進行積分，可得到產(chǎn)生的損耗，主要分為通態(tài)損耗和開關(guān)損耗。在圖 1 中，E (sat) 代表通態(tài)損耗，Eon 和 Eoff 則為開關(guān)損耗。通態(tài)損耗是 MOSFET 在導(dǎo)通狀態(tài)下由于自身電阻產(chǎn)生的功率損耗，而開關(guān)損耗則是在開關(guān)過程中，由于電壓和電流的變化產(chǎn)生的能量損耗。準(zhǔn)確計算這些損耗對于評估 MOSFET 的性能和可靠性至關(guān)重要。

2. MOSFET 反向?qū)?/h4>

正如第 17 講《SiC MOSFET 的靜態(tài)特性》所述，反向?qū)ǎㄔ绰┓较颍r，導(dǎo)通方式會根據(jù)柵極電壓的變化而改變。當(dāng)柵極施加負(fù)壓時，電流流過體二極管，如圖 2 所示；而當(dāng)柵極施加正壓（超過閾值電壓）時，電流則流過 MOSFET，如圖 3 所示。

如果 MOSFET 反向?qū)〞r柵極施加負(fù)壓，電流流過體二極管（此處不考慮內(nèi)部帶 SiC SBD 的 SiC 模塊），其損耗計算方式與 IGBT 相同。本章節(jié)重點介紹同步整流模式（MOSFET 反向?qū)〞r柵極施加正壓）下的損耗計算。在同步整流模式下，MOSFET 的導(dǎo)通電阻更低，能夠有效降低損耗，提高系統(tǒng)效率。

3. 直流斬波電路損耗計算

以工作在 CCM 模式的 Buck 電路（圖 4）為例，來介紹 SiC MOSFET 損耗計算方法。Vin/Iin 為輸入電壓電流，Vo/Io 為輸出電壓電流。T1 為控制管；T2 為續(xù)流管，工作在同步整流模式。

3.1 T1 損耗計算

T1 作為控制管，其占空比可通過特定公式計算。T1 導(dǎo)通損耗可由公式計算，其中 RDS (on) 為 T1 管的通態(tài)電阻。T1 開關(guān)損耗同樣可由相應(yīng)公式計算，其中 VDD 為 SiC MOSFET datasheet 中開關(guān)損耗測試電壓，Eon (@Io)、Eoff (@Io) 為 datasheet 中電流值 Io 對應(yīng)的開關(guān)損耗，這些參數(shù)均可在 datasheet 中查找（除部分產(chǎn)品外，如有需要，可聯(lián)系相關(guān)公司）。fsw 為開關(guān)頻率。計算 T1 的損耗，有助于優(yōu)化控制管的性能，提高整個電路的效率。

3.2 T2 損耗計算

T2 作為續(xù)流管，其占空比為 1 - D。T2 導(dǎo)通損耗可由相應(yīng)公式計算。T2 零電壓開關(guān)，所以沒有開關(guān)損耗。但是在 T1 開通瞬間，T2 體二極管會產(chǎn)生反向恢復(fù)損耗，可由特定公式計算。其中 Err (@Io) 為 datasheet 中電流值

 Io 對應(yīng)的開關(guān)損耗，也可在 datasheet 中查找（除部分產(chǎn)品外，如有需要，可聯(lián)系相關(guān)公司）。了解 T2 的損耗情況，對于設(shè)計高效的續(xù)流電路具有重要意義。

4. SPWM 調(diào)制橋式電路損耗計算

以 SPWM 調(diào)制的三相橋式電路（圖 5）為例，來介紹 SiC MOSFET 損耗計算方法。VCC 為直流電壓，Io 為輸出電流有效值。MOSFET 工作在同步整流模式。

輸出電流可通過特定公式計算。導(dǎo)通損耗可由相應(yīng)公式計算

開關(guān)損耗同樣可由公式計算，其中 VDD 為 SiC MOSFET datasheet 中開關(guān)損耗測試電壓，Eon (@IP)、Eoff (@IP) 為 datasheet 中電流值 IP 對應(yīng)的開關(guān)損耗，fsw 為開關(guān)頻率。

SiC MOSFET 體二極管在對管開通時會產(chǎn)生反向恢復(fù)損耗，可由特定公式計算。掌握 SPWM 調(diào)制橋式電路中 SiC MOSFET 的損耗計算方法，對于設(shè)計高性能的電力電子系統(tǒng)至關(guān)重要。