温度是影响功率器件使用寿命最关键的因素之一，有关研究表明功率器件的失效有55%是由于功率器件过热，因此我们就来聊一聊MOSFET管芯温度估算的方法。目前国内外对于MOSFET管芯温度估算的研究现状主要分为三种[1]：

在MOSFET开启的过程中随着 V_{DS} 电压下降， I_{D} 电流逐渐升高，而电压与电流存在交叠的区域，该区域将产生损耗。当MOSFET完全导通时， V_{DS} 电压不等于0，这是由于MOSFET的DS两端存在导通电阻，因此产生压降。该电阻与导通时流过的电流产生损耗。MOSFET关断的过程与其开启过程相似，所以MOSFET关断过程也将产生损耗。除了MOSFET开关产生的损耗外，在三相交流电机控制系统中MOSFET续流二极管[2]中也存在压降损耗。因此MOSFET的主要损耗来源有以下五种：

导通损耗的计算公式如下所示：

P_{1}=I_{D}^2*R_{DS(on)}*D

式中， I_{D} 为MOSFET漏极电流； R_{DS(on)} 为MOSFET漏源极导通电阻； D 为MOSFET占空比。

电机控制器中MOSFET开关频率很快，电压电流变化波动较为剧烈，进而产生较大损耗。相比于导通损耗，开关损耗较为严重。MOSFET的开关损耗大小与负载的特性相关，通常分为感性负载与阻性负载，针对电机控制器而言，电机作为感性负载，因此MOSFET的开关损耗公式如下所示：

P_{2}=\frac{V_{S}*I_{M}}{2}\left( t_{ON}+t_{OFF} \right)f

式中， V_{S} 为MOSFET关断时漏极所加电压； I_{M} 为导通时的电流值； t_{ON} 为开通所需时间； t_{OFF} 为关断所需时间； f 为开关频率。

如下图所示，A- MOSFET保持导通状态，B+ MOSFET从导通状态切换为关断状态后，B- MOSFET内的体二极管存在续流损耗。

MOSFET续流二极管产生的损耗功率如下所示：

P_{3}=V_{SD}*I_{SD}*(1-D)

式中， V_{SD} 为体二极管续流产生的压降； I_{SD} 为体二极管续流的电流。

MOSFET在关断状态下，漏极电流很小，损耗几乎为0（1~1000μA），因此在一般的计算中忽略断态损耗。

当MOSFET处于开关阶段，由于栅源电容、栅漏电容及漏源电容的存在，门极电流或漏极电流将对其进行充放电。该过程将产生驱动损耗。相比于开关损耗、导通损耗，驱动损耗很小，可以忽略不记。

热量总是以热流的形式从高温度高的物体向温度低的物体传递。因此当电机控制器工作的时候，由于开关损耗、导通损耗、续流损耗的存在，MOSFET管芯成为热源，其温度组件升高。由于铝台温度相对较低，因此热量将从 MOSFET的管芯流向铝台。同时热量的传递需要温度差与时间，因此在热量传递过程中，存在某些参数影响热量传递的快慢与多少。在电学中，存在电阻、电容、电流、电压等参数，由热电比拟原理可知，在传热学中存在热阻、热容等参数。其中热阻等效为电阻；热容等效为电容；温度等效为电压；功率等效为电流：

R_{x,y}=\frac{T_{x}-T_{y}}{P_{loss}}

式中， R_{x,y} 为物体x与y之间的热阻； T_{x}/T_{y} 分别为物体x/y的温度； P_{loss} 为热源的功率。

C_{x}=\frac{dQ}{dT}

式中， C_{x} 为物体x的热容； dQ 为传递到该物体的热量； dT 为该物体的温度变化量。

从管芯到铝台所经过的接触面分别为MOSFET管壁、散热垫、铝台，因此存在若干热阻与热容。基于以上概论可以建立热网络模型。温度等效电路模型由两种基本拓扑：Cauer模型和Foster模型

Cauer模型是基于功率器件的物理特性，如节点、热阻、热容都有实际的物理意义。Cauer模型的参数决定于各个部分的材料属性，可以精确的估计功率器件的温度情况，一个高阶的Cauer模型估算精度将比低阶的估算精度高。

图中 F_{j} 为管芯节点； F_{case} 为管壁节点； F_{pad} 为散热垫节点； F_{AL} 为铝台节点； R_{j-c} 为管芯到管壁的热阻； C_{c} 为管壁的热容； R_{c-p} 为管壁到散热垫的热阻； C_{p} 为散热垫的热容； R_{p-A} 为散热垫到铝台的热阻； C_{A} 为铝台的热容； R_{x-amb} 为各点与环境间的热阻， T_{amb} 为环境温度，视为恒温热源。

Foster模型是将热流传输路径上的所有热阻热容等效成一个一阶的传递函数，其热阻热容的值均由温度曲线拟合而来：

图中 T_{j} 为管芯温度； T_{c} 为铝台温度； P_{loss} 为MOSFET损耗。该模型的热阻和热容无实际的物理意义，需要通过曲线拟合的方式确定 R_{th} 和 C_{th} ,借此估算管芯温度。