当电机及控制器工作在某一相时（假设B相上管Q3和C相下管Q6），在每一个PWM周期内，有两种工作状态：
状态1: Q3和Q6导通, 电流I1经Q3、电机线圈L、Q6、电流检测电阻Rs流入地。
状态2: Q3关断, Q6导通, 电流I2流经电机线圈L、Q6、Q4，
此状态称为续流状态。在状态2中，如果Q4导通，则称控制器为同步整流方式。如果Q4关断，I2靠Q4体二极管流通，则称为非同步整流工作方式。
流经电机线圈L的电流I1和I2之和称为控制器相电流，流经电流检测电阻Rs的平均电流I1称为控制器的线电流，所以控制器的相电流要比控制器的线电流要大。
3. 功耗计算
控制器MOSFET的功率损耗随着电机负载的加大而增加，当电机堵转时，控制器的MOSFET损耗达到{zd0}（假设控制器为全输出时）。为了分析方便，我们假设电机堵转时B相上管工作在PWM模式下，C相下管一直导通，B相下管为同步整流工作方式（见图1）。电机堵转时的波形如图2-图5所示。
功率损耗计算如下：
3.1 B相上管功率损耗：
3.1.1 B相上管开通损耗(t1-t2)，见图2;
3.1.2 B相上管关断损耗(t3-t4)，见图3;
3.1.3 B相上管导通损耗(t5-t6)，见图4;
B 相上管总损耗：
Phs(Bphase)=Phs(turn on)+Phs(turn off)+Phs(on)=5.1+3.75+7.5=16.35W
3.2 B相下管功率损耗：
3.2.1 B相下管续流损耗(t7-t8)，见图5;
PLS(Bphase)=PLS(freewheel)=I2×Rds(on)×(1-D)=402×0.015×(1-20/64)=16.5 W
3.3 C相下管功率损耗
因为C相下管一直导通，所以功率损耗计算如下：
PLS(Cphase)=PLS (on) = I2×Rds(on) = 402×0.015 = 24 W
控制器的功率管总损耗为：
Ptatal=PHS(Bphase)+PLS(Bphase)+PLS(Cphase)=16.35+16.5+24=56.85
4. 热模型
图5为TO-220典型的安装结构及热模型。热阻与电阻相似,所以我们可以将Rth(ja)看着几个小的电阻串联，从而有如下公式：
Rth(ja) = Rth(jc) + Rth(ch) + Rth(ha)
其中：
Rth(jc)--- 结点至MOSFET表面的热阻
Rth(ch)---MOSFET表面至散热器的热阻
Rth(ha)---散热器至环境的热阻 (与散热器的安装方式有关)
图6 热阻模型
通常热量从结点至散热器是通过传导方式进行的，从散热器至环境是通过传导和对流方式。Rth(jc)是由器件决定的,所以对一个系统，如果MOSFET已确定，为了获得较小的热阻我们可以选择较好的热传导材料并且将MOSFET很好地安装在散热器上。
5. 稳态温升的计算
从AOT430的数据手册我们可以获得如下参数：
Tjmax=175℃ Rth(jc)max = 0.56 ℃/W
5.1 电机运行时MOSFET结点至其表面的温升计算(因为电机在运行时，上管和下管只有三分之一的时间工作，所以平均功率应除以3)：
5.1.1上管结点至功率管表面的稳态温升
5.1.2下管结点至功率管表面的稳态温升
5.2 电机堵转时MOSFET结点至其表面的温升计算
5.2.1 B相上管结点至功率管表面的稳态温升
Tjc=Tj-Tc=Phs×Rth(jc)=16.35×0.56=9.2℃
5.2.2 B相下管结点至功率管表面的稳态温升
Tjc=Tj-Tc=Pls×Rth(jc)=16.5×0.56=9.24℃
5.2.3 C相下管结点至功率管表面的稳态温升
Tjc=Tj-Tc=PLS(Cphase)×Rth(jc)=24×0.56=13.44℃
由以上计算可知，在电机堵转时控制器中一直导通的MOSFET（下管）的温升{zd0}，在设计时应重点考虑电机堵转时的MOSFET温升。
6. 选择合适的导热材料
图7为SilPad系列导热材料对TO-220封装的导热性能随压力变化的曲线。
图7
6.1 导热材料为SilPad-400，压力为200psi时，其热阻Rth(ch)为4.64 ℃/W。
则：Tch=Tc-Th= PLS×Rth(ch)=24×4.64=111℃
6.2 导热材料为SilPad-900S，压力为200psi时，其热阻Rth(ch)为2.25℃/W。
则：Tch=Tc-Th= PLS×Rth(ch)=24×2.25=54℃
可见，不同的导热材料对温升的影响很大，为了降低MOSFET的结点温升，我们可以选择较好的热传导材料来获得较好的热传导性能，从而达到我们的设计目标。
为了使控制器更加可靠，通常我们将MOSFET表面温度控制在100℃以下，这是因为在使用中还会有其他高能量的脉冲出现，譬如，电机相线短路，负载突然变大等。
7．热仿真：
由于在实际应用中我们很难确定散热器表面至环境的热阻，要想xx通过计算来进行热设计是比较困难得，因此我们可以借助热仿真软件来进行仿真，从而达到我们设计的目的。
仿真条件：Ptotal=56.85W、Ta=45℃、控制器散热器尺寸：70mm×110mm×30mm 、自然风冷，MOSFET安装如图8所示。
图8 MOSFET安装示意图
7.1 电机运行时控制器的热仿真
由图9可见，下管的温升明显高于上管的温升。
7.2 电机堵转时控制器的热仿真
由图10可知，堵转时一直导通的下管最热，温度已接近150℃。由图11可知，在堵转100秒后MOSFET的温升还未稳定，如果一直堵转，必将烧坏MOSFET。因此，如果使用仿真中的散热器尺寸，就不能一直堵转，必须采取相应的保护措施。我们可以采用间隙保护的方法，即当电机堵转时，堵转一段时间，保护一段时间，让MOSFET的温度不超过{zd0}结点温度。图12所示为堵转1.5s，保护1.5s的瞬态温升示意图，由图可知，采用这种方法可以有效地保护MOSFET。
图10：堵转时温升示意图
结语: 控制器的热设计在产品的设计阶段是非常重要的，我们必须经过功耗的计算、热模型的分析、热仿真等来计算温升，同时在设计时应考虑最严酷的应用环境，{zh1}还要通过实际试验来验证我们热设计的正确性。
