詳解電源設計中MOS管發熱的原因
發布時間:2015-10-21 責任編輯:susan
【導讀】做電源設計,或者做驅動方麵的電路,難免要用到場效應管,也就是人們常說的MOS管。MOS管有很多種類,也有很多作用。做電源或者驅動的使用,當然就是用它的開關作用。
無論N型或者P型MOS管,其工作原理本質是一樣的。MOS管是由加在輸入端柵極的電壓來控製輸出端漏極的電流。MOS管(guan)是(shi)壓(ya)控(kong)器(qi)件(jian),它(ta)通(tong)過(guo)加(jia)在(zai)柵(zha)極(ji)上(shang)的(de)電(dian)壓(ya)控(kong)製(zhi)器(qi)件(jian)的(de)特(te)性(xing),不(bu)會(hui)發(fa)生(sheng)像(xiang)三(san)極(ji)管(guan)做(zuo)開(kai)關(guan)時(shi)的(de)因(yin)基(ji)極(ji)電(dian)流(liu)引(yin)起(qi)的(de)電(dian)荷(he)存(cun)儲(chu)效(xiao)應(ying),因(yin)此(ci)在(zai)開(kai)關(guan)應(ying)用(yong)中(zhong), MOS管的開關速度應該比三極管快。其主要原理如圖:圖1。

圖1 MOS管的工作原理
我們在開關電源中常用MOS管的漏極開路電路,如圖2loujiyuanfengbudongdijiefuzai,jiaokailulouji,kailuloujidianluzhongbuguanfuzaijieduogaodedianya,dounenggoujietongheguanduanfuzaidianliu。shilixiangdemonikaiguanqijian。zhejiushiMOS管做開關器件的原理。當然MOS管做開關使用的電路形式比較多了。

圖2 NMOS管的開路漏極電路
在開關電源應用方麵,這種應用需要MOS管定期導通和關斷。比如,DC-DC電源中常用的基本降壓轉換器依賴兩個MOS管來執行開關功能,這些開關交替在電感裏存儲能量,然後把能量釋放給負載。我們常選擇數百kHz乃至1 MHz以上的頻率,因為頻率越高,磁性元件可以更小更輕。在正常工作期間,MOS管隻相當於一個導體。因此,我們電路或者電源設計人員最關心的是MOS的最小傳導損耗。
我們經常看MOS管的PDF參數,MOS管製造商采用RDS(ON) 參數來定義導通阻抗,對開關應用來說,RDS(ON) 也是最重要的器件特性。數據手冊定義RDS(ON) 與柵極 (或驅動) 電壓 VGS 以及流經開關的電流有關,但對於充分的柵極驅動,RDS(ON) 是一個相對靜態參數。一直處於導通的MOS管很容易發熱。另外,慢慢升高的結溫也會導致RDS(ON)的增加。MOS管數據手冊規定了熱阻抗參數,其定義為MOS管封裝的半導體結散熱能力。RθJC的最簡單的定義是結到管殼的熱阻抗。
1.發熱情況有,電路設計的問題,就是讓MOS管工作在線性的工作狀態,而不是在開關狀態。這也是導致MOS管發熱的一個原因。如果N-MOS做開關,G級電壓要比電源高幾V,才能完全導通,P-MOS則相反。沒有完全打開而壓降過大造成功率消耗,等效直流阻抗比較大,壓降增大,所以U*I也增大,損耗就意味著發熱。這是設計電路的最忌諱的錯誤。
2,頻率太高,主要是有時過分追求體積,導致頻率提高,MOS管上的損耗增大了,所以發熱也加大了
3,沒有做好足夠的散熱設計,電流太高,MOS管標稱的電流值,一般需要良好的散熱才能達到。所以ID小於最大電流,也可能發熱嚴重,需要足夠的輔助散熱片。
4,MOS管的選型有誤,對功率判斷有誤,MOS管內阻沒有充分考慮,導致開關阻抗增大
這是我最近在處理MOS管發熱問題時簡單總結的。其實這些問題也是老生常談的問題,做開關電源或者MOS管開關驅動這些知識應該是爛熟於心,當然有時還有其他方麵的因素,主要就是以上幾種原因。
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