POWER MOSFET LOSS CALCULATION

MOS 损耗计算书

依据 Mathcad 计算书《MOS损耗计算 -V02.mcdx》整理生成 · 器件型号 LSD65R380GF

器件 LSD65R380GF 开关频率 100 kHz 母线电压 400 V 稳态结温假设 100 ℃ 占空比 0.5

总损耗（已计算项）

0.975W

不含反向恢复损耗

最大损耗项（开通交叉）

0.310W

占比约 31.8%

导通损耗

0.256W

I²R · 100℃ Rdson

开关损耗合计

0.685W

开通+关断+泄放

01器件参数与工作条件 ✎ 可编辑

下表数值均可直接修改，改动会即时传入后续全部计算。默认值为原 Mathcad 计算书的输入量。

1.1　器件特性参数（数据手册值）

参数含义	符号	单位
25 ℃ 的 Vgsth 典型值（阈值电压）	V_{gsth_typ_25℃}	V
Vgsth 温度修正系数	θ₁	—
25 ℃ 的 Rdson 典型值（导通电阻）	R_{dson_typ_25℃}	Ω
Rdson 温度修正系数	θ₂	—
gs 电荷量（栅源电荷）	Q_gs	nC
gd 电荷量（栅漏/米勒电荷）	Q_gd	nC
完整开通一次所需电荷量（总栅电荷）	Q_g	nC
0 V 对应的 Ciss（输入电容）	C_{iss_0V}	pF
0 V 对应的 Crss（反向传输电容）	C_{rss_0V}	pF
Vds 对应的等效 Coss（输出电容）	C_{oss_er_Vds}	pF
Vds 对应的等效 Crss	C_{rss_er_Vds}	pF
MOS 关断期间漏电流	I_dss	μA
体二极管正向导通压降	V_sd	V

虚线框 = 可编辑输入；数值变化后，按 Enter 或点到别处即生效。注：Q_gs 为手册列示参数，本计算书公式未直接引用。

1.2　电路工作条件

参数含义	符号	单位
驱动电压（栅极高电平）	V_drive	V
米勒平台电压	V_plateau	V
推挽下管饱和压降	V_sat	V
驱动频率（开关频率）	f	kHz
驱动占空比	D	—
驱动高电平时回路电阻（开通回路）	R_{drive_on}	Ω
驱动低电平时回路电阻（关断回路）	R_{drive_off}	Ω
漏源电压（母线电压）	V_ds	V
关断时刻电流	I	A
流过 MOS 的有效值电流	I_rms	A
内置固定死区时间	T_d	ns
实际所需最大死区时间	T_{d_max}	ns

02温度修正与等效电容

以下损耗计算均基于 MOS 实际稳态工作在 100 ℃ 的假设，先由 25 ℃ 参数修正得到 100 ℃ 参数，并推导等效电容。

V_{gsth_typ_100℃}= V_{gsth_typ_25℃} · θ₁ =3.5 V × 0.83 2.905 V

阈值电压具有负温度系数，100 ℃ 时约为 25 ℃ 典型值的 83%（按当前 θ₁ 为 0.83 倍）。

R_{dson_typ_100℃}= R_{dson_typ_25℃} · θ₂ =0.34 Ω × 1.7 0.578 Ω

导通电阻具有正温度系数，100 ℃ 时约为 25 ℃ 典型值的 1.7 倍（按当前 θ₂ 为 1.7 倍）。

C_{gs_0V}= C_{iss_0V} − C_{rss_0V} =1500 pF − 400 pF 1100 pF

栅源电容 = 输入电容 − 反向传输电容，取 0 V 偏置下的值用于开关过程计算。

C_{oer_Vds}= C_{oss_er_Vds} − C_{rss_er_Vds} =20 pF − 1.7 pF 18.3 pF

等效输出电容（扣除 Crss 部分），取 Vds 工作点下的有效值，用于泄放损耗计算。

03开关交叉损耗

3.1　开通交叉损耗 P_{off_on}

开通过程分为四个阶段：t1、t2、t3、t4。其中电流上升与电压下降的交叠阶段（t2 + t3）产生开通交叉损耗。

延迟阶段

Vgs 由 0 充电至阈值电压 Vgsth（100 ℃），MOS 尚未导通，无交叉损耗

9.235 ns

电流上升阶段

Vgs 由 Vgsth 上升至米勒平台电压 V_plateau，漏极电流快速上升

4.071 ns

米勒平台阶段

Vgs 钳位在平台电压，栅极电荷注入 Cgd，Vds 由母线电压下降至近 0

23.4 ns

过驱动阶段

Vgs 继续上升至 0.9·V_drive，充分增强沟道，无交叉损耗

85.49 ns

t₁= −R_{drive_on} · C_{gs_0V} · ln ( V_drive − V_{gsth_typ_100℃}V_drive − 0 ) 9.235 ns

t₂= −R_{drive_on} · C_{gs_0V} · ln ( V_drive − V_plateauV_drive − V_{gsth_typ_100℃} ) 4.071 ns

t₃= Q_gd · R_{drive_on}V_drive − V_plateau 23.4 ns

t₄= 2.303 · R_{drive_on} · C_{gs_0V} − t₁ − t₂ 85.49 ns

说明：当 Vgs 来到 0.9·V_drive 时，近似认为开通过程结束，即取 2.303 个时间常数（ln10 ≈ 2.303）。

P_{off_on}= 0.5 · V_ds · I · (t₂ + t₃) · f =0.5 × 400 V × 0.564 A × 27.47 ns × 100 kHz 0.3099 W

3.2　关断交叉损耗 P_{on_off}

关断过程分为四个阶段：t5、t6、t7、t8。其中电压上升与电流下降的交叠阶段（t6 + t7）产生关断交叉损耗。

延迟阶段

Vgs 由 V_drive 经 R_{drive_off} 放电下降至米勒平台电压，MOS 仍完全导通

14.96 ns

电压上升阶段（米勒平台）

Vgs 钳位在平台电压，Vds 由近 0 上升至母线电压

16.5 ns

电流下降阶段

Vgs 由平台电压降至阈值电压，漏极电流衰减至 0

3.739 ns

剩余放电阶段

Vgs 继续放电至约 0.1·V_drive，关断彻底完成

6.638 ns

t₅= −R_{drive_off} · C_{gs_0V} · ln ( V_plateau − V_satV_drive − V_sat ) 14.96 ns

t₆= Q_gd · R_{drive_off}V_plateau − 0 16.5 ns

t₇= R_{drive_off} · C_{gs_0V} · ln ( V_plateau − V_satV_{gsth_typ_100℃} − V_sat ) 3.739 ns

t₈= 2.303 · R_{drive_off} · C_{gs_0V} − t₅ − t₇ 6.638 ns

P_{on_off}= 0.5 · V_ds · I · (t₆ + t₇) · f =0.5 × 400 V × 0.564 A × 20.24 ns × 100 kHz 0.2283 W

3.3　泄放损耗（Coss 电容放电）P_ds

输出电容 C_{oer_Vds} 储存的能量在每个开关周期被泄放消耗。

P_ds= 0.5 · C_{oer_Vds} · V_ds² · f =0.5 × 18.3 pF × (400 V)² × 100 kHz 0.1464 W

04导通与截止损耗

4.1　导通损耗 P_on

按 100 ℃ 修正后的导通电阻与流过 MOS 的有效值电流计算。

P_on= I_rms² · R_{dson_typ_100℃} =(0.666 A)² × 0.578 Ω 0.2564 W

4.2　截止损耗 P_off

MOS 关断期间由漏电流 I_dss 引起的静态损耗。

P_off= V_ds · I_dss · (1 − D) =400 V × 1 μA × 0.5 0.0002 W

05驱动损耗 P_drive

每个开关周期对栅极注入并泄放总电荷 Q_g 所消耗的驱动功率（由驱动电源承担）。

P_drive= V_drive · Q_g · f =15 V × 21 nC × 100 kHz 0.0315 W

06体二极管损耗

6.1　体二极管正向导通损耗 P_{d_f}

在死区时间内（内置死区 T_d 减去实际所需最大死区 T_{d_max} 的富余区间）体二极管续流导通。

I_f= I 0.564 A

V_sd= 1.1 V（数据手册值） 1.1 V

P_{d_f}= I_f · V_sd · (T_d − T_{d_max}) · f =0.564 A × 1.1 V × 37.8 ns × 100 kHz 0.002345 W

6.2　体二极管反向恢复损耗 P_{d_recover}

原计算书中定义：P_{d_recover} = 0.5 · V_ds · T_rr · I_rr。

⚠ 该项在原 Mathcad 文件中未完成计算，存在以下待办：

体二极管反向恢复时间 T_rr：原文件中为空占位符，未填入数值；
体二极管反向恢复峰值电流 I_rr：原文件中为空占位符，未填入数值；
原文件中该公式引用的变量 “Vds” 未定义（正确应为已定义的 V_ds），Mathcad 引擎报“该变量未定义”错误。

补齐 T_rr、I_rr 并修正变量名后，方可得到该项损耗。总损耗汇总中暂不计入，参数重算同样不包含此项。

07损耗汇总

损耗类别	分项	符号	数值 (W)	占比
一、开关交叉损耗	开通交叉损耗	P_{off_on}	0.3099	31.8%
	关断交叉损耗	P_{on_off}	0.2283	23.4%
	泄放损耗	P_ds	0.1464	15.0%
二、导通截止损耗	导通损耗	P_on	0.2564	26.3%
二、导通截止损耗	截止损耗	P_off	0.0002	0.02%
三、驱动损耗	驱动损耗	P_drive	0.0315	3.2%
四、体二极管损耗	正向导通损耗	P_{d_f}	0.002345	0.24%
四、体二极管损耗	反向恢复损耗	P_{d_recover}	待补	—
合计（已计算项）			0.975 W	100%

31.8%

26.3%

23.4%

15.0%

开通交叉损耗 P_{off_on} 导通损耗 P_on 关断交叉损耗 P_{on_off} 泄放损耗 P_ds 驱动损耗 P_drive 体二极管正向 P_{d_f} 截止损耗 P_off

由汇总可见：开关相关损耗（开通交叉 + 关断交叉 + 泄放）合计 0.685 W，约占总损耗的 70.2%，是主要损耗来源；导通损耗次之。若需进一步优化，可优先考虑：减小关断回路电阻 R_{drive_off} 以缩短 t6、t7，或选用更低 Q_gd / Coss 的器件。

08计算依据与备注

项目	说明
数据来源	Mathcad 计算书《MOS损耗计算 -V02.mcdx》，公式与默认数值 1:1 对应原文件计算结果
参数可调	01 章参数改为可编辑输入，所有派生量、t1~t8、损耗、汇总占比与图表由页面脚本按原公式实时重算；输入仅保存在本机浏览器
温度基准	所有损耗均按 MOS 稳态工作在 100 ℃ 计算（Vgsth、Rdson 已作温度修正）
开通/关断时间模型	基于 RC 一阶充放电模型分段计算 t1~t8，取 2.303 个时间常数（ln10）作为过程结束判据
未完成项	体二极管反向恢复损耗 P_{d_recover} 因 T_rr、I_rr 未填入且变量名有误，未参与汇总
阶段名称注释	t1~t8 各阶段的物理含义为本文档补充说明，原文件仅给出公式与编号

MOS 损耗计算书

01器件参数与工作条件 ✎ 可编辑

1.1 器件特性参数（数据手册值）

1.2 电路工作条件

02温度修正与等效电容

03开关交叉损耗

3.1 开通交叉损耗 Poff_on

3.2 关断交叉损耗 Pon_off

3.3 泄放损耗（Coss 电容放电）Pds