【電源設計小貼士28】:估算熱插拔MOSFET的瞬態溫升1
發布時間:2013-02-27 責任編輯:hedyxing
【導讀】在本電源設計小貼士以及下次的小貼士中,我們將研究一種估算熱插拔 MOSFET 溫wen升sheng的de簡jian單dan方fang法fa。熱re插cha拔ba電dian路lu用yong於yu將jiang電dian容rong輸shu入ru設she備bei插cha入ru通tong電dian的de電dian壓ya總zong線xian時shi限xian製zhi浪lang湧yong電dian流liu。這zhe樣yang做zuo的de目mu的de是shi防fang止zhi總zong線xian電dian壓ya下xia降jiang以yi及ji連lian接jie設she備bei運yun行xing中zhong斷duan。
通(tong)過(guo)使(shi)用(yong)一(yi)個(ge)串(chuan)聯(lian)組(zu)件(jian)逐(zhu)漸(jian)延(yan)長(chang)新(xin)連(lian)接(jie)電(dian)容(rong)負(fu)載(zai)的(de)充(chong)電(dian)時(shi)間(jian),熱(re)插(cha)拔(ba)器(qi)件(jian)可(ke)以(yi)完(wan)成(cheng)這(zhe)項(xiang)工(gong)作(zuo)。結(jie)果(guo),該(gai)串(chuan)聯(lian)組(zu)件(jian)具(ju)有(you)巨(ju)大(da)的(de)損(sun)耗(hao),並(bing)在(zai)充(chong)電(dian)事(shi)件(jian)發(fa)生(sheng)期(qi)間(jian)產(chan)生(sheng)溫(wen)升(sheng)。大(da)多(duo)數(shu)熱(re)插(cha)拔(ba)設(she)備(bei)的(de)製(zhi)造(zao)廠(chang)商(shang)都(dou)建(jian)議(yi)您(nin)查(zha)閱(yue)安(an)全(quan)工(gong)作(zuo)區(qu)域(yu) (SOA) 曲線,以便設備免受過應力損害。圖 1 所示 SOA 曲線顯示了可接受能量區域和設備功耗,其一般為一個非常保守的估計。MOSFET 的de主zhu要yao憂you慮lv是shi其qi結jie溫wen不bu應ying超chao出chu最zui大da額e定ding值zhi。該gai曲qu線xian以yi圖tu形xing的de形xing式shi向xiang您nin表biao明ming,由you於yu設she備bei散san熱re電dian容rong的de存cun在zai它ta可ke以yi處chu理li短duan暫zan的de高gao功gong耗hao。這zhe樣yang可ke以yi幫bang助zhu您nin開kai發fa一yi個ge精jing確que的de散san熱re模mo型xing,以yi進jin行xing更geng加jia保bao守shou、現實的估算。

圖1 MOSFET SOA曲線表明了允許能耗的起始點
在【電源設計小貼士9】中,我們討論了一種電氣等效電路,用於估算係統的散熱性能。我們提出在散熱與電流、溫wen度du與yu電dian壓ya以yi及ji散san熱re與yu電dian阻zu之zhi間jian均jun存cun在zai模mo擬ni電dian路lu。在zai本ben設she計ji小xiao貼tie士shi中zhong,我wo們men將jiang增zeng加jia散san熱re與yu電dian容rong之zhi間jian的de模mo擬ni電dian路lu。如ru果guo將jiang熱re量liang加jia到dao大da量liang的de材cai料liao之zhi中zhong,其qi溫wen升sheng可ke以yi根gen據ju能neng量liang (Q)、質量 (m) 和比熱 (c) 計算得到,即:
能量正好是功率隨時間變化的積分:
然後合並上述兩個方程式,我們得到我們的電容散熱模擬 (m*c) 如下:
表1列出了一些常見材料及其比熱和密度,其或許有助於建模熱插拔器件內部的散熱電容。

表1 常見材料的物理屬性
隻需通過估算您建模的各種係統組件的物理尺寸,便可得到散熱電容。散熱能力等於組件體積、密度和比熱的乘積。這樣便可以使用圖 2 所示的模型結構。
gaimoxingyizuoshangjiaoyigedianliuyuanzuoweikaishi,qiweixitongzengjiareliangdemoni。dianliuliuruluopiandererongjiqirezu。reliangcongluopianliuruyinxiankuanghefengzhuangguanfengcailiao。liujingyinxiankuangdereliangzailiurufengzhuanghe散熱片之間的接觸麵。熱量從散熱片流入熱環境中。遍及整個網絡的電壓代表高於環境的溫升。

圖2 將散熱電容加到DC電氣模擬
熱阻和熱容的粗略估算顯示在整個網絡中。該模型可以進行環境和DC模擬,可幫助根據製造廠商提供的SOA曲線圖進行一些保守計算。
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