元器件应用中的对浪涌电流导致的元器件应用中的对浪涌电流导致的MOSFET发热的仿真分析发热的仿真分析
在大多数应用中，虽然机电继电器在历史上一直是主要的负载开关，但随着技术进步，MOSFET的导通电阻已
近于理想开关(RDS(ON)=0Ω)，所以，最近几年MOSFET在蚕食继电器的领地。但MOSFET的导通电阻仍大于
相应的继电器导通电阻。这样，当采用MOSFET进行设计时，就要将热问题考虑在内。 当驱动控制的是容
性负载时，热因素就变得更加重要。控制容性负载时产生的浪涌电流可变得足够大(约是稳态电流的10倍)从而导
致MOSFET的结温(度)升超过其最大允许值。这样，当要在一系列电气和环境条件下预测结温度时，模拟就是个
非常有用的方法。 预测MOSFET结温度有几种方法，但大多依赖一个固定
在大多数应用中，虽然机电继电器在历史上一直是主要的负载开关，但随着技术进步，MOSFET的导通电阻已近于理想
开关(RDS(ON)=0Ω)，所以，最近几年MOSFET在蚕食继电器的领地。但MOSFET的导通电阻仍大于相应的继电器导通电
阻。这样，当采用MOSFET进行设计时，就要将热问题考虑在内。
当驱动控制的是容性负载时，热因素就变得更加重要。控制容性负载时产生的浪涌电流可变得足够大(约是稳态电流的10
倍)从而导致MOSFET的结温(度)升超过其最大允许值。这样，当要在一系列电气和环境条件下预测结温度时，模拟就是个非
常有用的方法。
预测MOSFET结温度有几种方法，但大多依赖一个固定的方程组，当电路结构改变时，必须要重写方程组。另外，许多
技术没将电路系统内电和热的相互作用因素考虑在内。但已有一种采用准动态MOSFET模型进行模拟的方法，它不仅支持有
效分析各种电路结构且还将电热相互作用因素计算在内。
电机开关vs.固态开关
采用MOSFET代替继电器的好处在于：它们没有接触损耗；它们可由小电流小功率驱动电路控制；它们可用PWM方法控
制以减小浪涌电流；另外，在大电流应用中，它们可与控制电路做在一块PCB上。
但继电器的接触阻抗小于1mΩ；而基于电压等级和技术，MOSFET的导通阻抗在几mΩ到几百mΩ间。所以，当驱动容性
负载时，继电器可承受很大的浪涌电流。另外，因MOSFET在截止状态通过体二极管(body diode)也会反向导通，所以单一一
个MOSFET无法用作一个双向开关。为实现双向工作，需两个背对背以反向接在一起的MOSFET构成一个双向开关。图1图解
说明了双向开关和高端直流开关设置。
估算MOSFET的结温度
对给定的电路结构来说，有现成的功率估算技术来确定半导体器件的功耗。最常用的功率估算方程是：
其中，I是导通周期的平均电流、V是在导通周期通过器件的等效电压、D是占空比。
在实际电路中，参数I是电路工作的函数。参数V是多个参数的函数，这些参数是：参数I、半导体类别、裸片结温度以及
器件控制方法。为将该方程应用于二极管，使V=VD，其中VD是IDIODE和温度的函数。对MOSFET来说(在导通
态)，VDS=IDS×RDS(ON)；其中，RDS(ON)是IDS、VG和器件温度的函数。对导通态的IGBT来说，V=VCE(SAT)；其
中，VCE(SAT)是ICE、VG和器件温度的函数。为确定半导体的结温升，只需将功率简单乘以热阻抗。这种分析的弊端是它过
分简化了功率计算且没将瞬态条件(诸如开关动作或动态电路操作)计算在内。
若采用这种简单化的功率模型确定瞬态结温升，要假定一个脉宽为t、占空比为D的矩形功率脉冲。P要乘以在给定脉宽下
由全部相关功耗路径所呈现出的联合热阻抗值。
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