在电机驱动系统中，功率MOSFET的失效往往并非由正常持续运行引起，而是发生在启动、堵转或突然反转等瞬态情况下。此时，数倍于正常工作电流的浪涌冲击会瞬间施加于器件，若选择不当，极易导致器件击穿或过热烧毁。如何确保MOSFET在极端瞬态下仍能可靠工作，成为电机驱动设计的关键。合科泰从抗浪涌设计和安全工作区验证的角度，分析MOSFET选型中需重点关注的技术参数，并通过典型应用说明如何结合器件特性实现可靠设计。

浪涌电流的来源与应力特点

电机作为电感类负载，其瞬态行为主要由机械负载突变引起：

• 启动冲击：电机从静止加速到额定转速的过程中，转子电流远大于额定值，持续时间可达数十至数百毫秒。
• 堵转工况：当电机转子被卡住时，电流持续维持在峰值，产生明显的热量积累。
• 反向制动：电机突然反转时，反电动势（电机自身发电产生的电压）与母线电压叠加，形成高压大电流冲击。
• 关断过压：电机关断时，电流快速变化会在电路寄生电感上产生电压尖峰，可能超过MOSFET的耐压极限。

上述工况要求MOSFET不仅能在短时间内承受高电流，还需耐受对应的电压压力。因此，选型时不能仅依据额定电流和电压，必须深入分析瞬态工作点是否位于器件的安全工作区内。

关键选型参数与设计考量

1.耐压与瞬态过压抑制

MOSFET的漏源极间耐压需留有充足余量，以涵盖电网波动、反电动势和关断尖峰。工程上建议按以下方式估算所需耐压：

所需耐压=最大母线电压×安全系数+关断尖峰电压

其中安全系数通常取1.5，关断尖峰为实测或估算值。对于220V交流输入系统（整流后约310V），需选择500V以上耐压器件；380V工业系统（约540V）则需600V或650V器件。同时，需结合器件承受过压冲击的能力来评估对瞬态过压的耐受性。

2.导通电阻与损耗权衡

导通损耗由工作电流、导通电阻和温度系数共同决定。导通电阻随温度升高而增大，高温下损耗会更明显。较低的导通电阻可降低导通损耗，但往往带来更高的栅极驱动电荷和成本。对于频繁启停的电机，开关损耗可能占主导，需在导通损耗与开关损耗间取得平衡。对于更高效率、更高频率的先进电机驱动，业界也开始采用碳化硅（SiC）MOSFET等第三代半导体器件，以进一步降低开关损耗并提升功率密度。

3.安全工作区验证

安全工作区曲线描绘了MOSFET在不同电压-电流组合下的安全工作时间。电机驱动中需重点验证以下三个瞬态点：

• 启动点：高电流（约5~10倍额定）、持续时间约100ms。
• 堵转点：持续大电流，要求安全工作区与散热设计共同保证。
• 短路点：极短时间内极高电流密度，需验证短时脉冲耐受能力。
• 验证方法：在器件手册的安全工作区曲线中标出实际工况的最大电压-电流点，确保该点位于对应脉冲宽度的曲线下方。若为重复脉冲，还需考虑热量累积效应。

4.雪崩能量（EAS）

电机关断时，存储在电感中的能量将通过MOSFET的雪崩效应耗散。单次过压冲击能量必须大于实际关断能量；重复冲击则需结合开关频率和散热条件校核。器件的过压耐受能力与芯片设计和封装工艺密切相关，选型时应优先选择明确标注此参数且留有裕量的产品。

5.栅极驱动电荷与驱动设计

开关损耗与栅极驱动电荷相关。如伺服电机的高频应用需选择栅极驱动电荷低的器件以降低开关损耗，同时根据此参数计算所需驱动电流，并确保驱动芯片能提供足够的峰值电流。此外，驱动回路应尽量缩短以减小寄生电感，防止栅极控制信号振荡。

总结

电机驱动中MOSFET的选型需从瞬态工况出发，重点关注耐压余量、安全工作区验证、雪崩能量（EAS）及驱动匹配。设计流程可归纳为：

• 计算最大电压应力并选择合适耐压等级
• 标定启动、堵转、短路等瞬态工作点，验证安全工作区
• 校核雪崩能量（EAS）是否满足感性负载关断要求
• 根据开关频率和栅极驱动电荷优化驱动电路

实际工程中，建议通过双脉冲测试和热循环实验进一步验证设计余量，确保系统在恶劣工况下的长期可靠性。合科泰提供的系列功率MOSFET，通过严格的可靠性测试，为电机驱动系统应对极端瞬态工况提供了坚实的硬件基础。