大功率電源中mosfet熱設(shè)計(jì)(編輯修改稿)
2025-07-26 23:25 本頁(yè)面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 ING= (CRSS VIN178。 fSW ILOAD)/IGATE其中CRSS是MOSFET的反向傳輸電容(數(shù)據(jù)資料中的一個(gè)參數(shù))，fSW為開關(guān)頻率，IGATE是MOSFET的柵極驅(qū)動(dòng)器在MOSFET處于臨界導(dǎo)通(VGS位于柵極充電曲線的平坦區(qū)域)時(shí)的吸收/源出電流。一旦基于成本因素將選擇范圍縮小到了特定的某一代MOSFET (不同代MOSFET 的成本差別很大)，我們就可以在這一代的器件中找到一個(gè)能夠使功率耗散最小的器件。這個(gè)器件應(yīng)該具有均衡的阻性和開關(guān)損耗。使用更小(更快)的MOSFET所增加的阻性損耗將超過(guò)它在開關(guān)損耗方面的降低，而更大(RDS(ON)更低) 的器件所增加的開關(guān)損耗將超過(guò)它對(duì)于阻性損耗的降低。如果VIN是變化的，需要在VIN(MAX)和VIN(MIN)下分別計(jì)算開關(guān)MOSFET的功率耗散。MOSFET功率耗散的最壞情況可能會(huì)出現(xiàn)在最低或最高輸入電壓下。該耗散功率是兩種因素之和：在VIN(MIN)時(shí)達(dá)到最高的阻性耗散(占空比較高)，以及在VIN(MAX)時(shí)達(dá)到最高的開關(guān)損耗(由于VIN178。項(xiàng)的緣故)。一個(gè)好的選擇應(yīng)該在VIN的兩種極端情況下具有大致相同的耗散，并且在整個(gè)VIN范圍內(nèi)保持均衡的阻性和開關(guān)損耗。如果損耗在VIN(MIN)時(shí)明顯高出，則阻性損耗起主導(dǎo)作用。這種情況下，可以考慮用一個(gè)更大一點(diǎn)的開關(guān)MOSFET (或?qū)⒁粋€(gè)以上的多個(gè)管子相并聯(lián))以降低RDS(ON)。但如果在VIN(MAX)時(shí)損耗顯著高出，則應(yīng)該考慮降低開關(guān)MOSFET的尺寸(如果是多管并聯(lián)的話，或者去掉一個(gè)MOSFET)，以便使其開關(guān)速度更快一點(diǎn)。如果阻性和開關(guān)損耗已達(dá)平衡，但總功耗仍然過(guò)高，有多種辦法可以解決： 改變問(wèn)題的定義。例如，重新定義輸入電壓范圍。 改變開關(guān)頻率以便降低開關(guān)損耗，有可能使用更大一點(diǎn)的、RDS(ON)更低的開關(guān)MOSFET。 增加?xùn)艠O驅(qū)動(dòng)電流，有可能降低開關(guān)損耗。MOSFET自身的內(nèi)部柵極電阻最終限制了柵極驅(qū)動(dòng)電流，實(shí)際上限制了這種方法的有效性。 采用一個(gè)改進(jìn)技術(shù)的MOSFET，以便同時(shí)獲得更快的開關(guān)速度、更低的RDS(ON)和更低的柵極電阻。脫離某個(gè)給定的條件對(duì)MOSFET的尺寸作更精細(xì)的調(diào)整是不大可能的，因?yàn)槠骷倪x擇范圍是有限的。選擇的底線是MOSFET在最壞情況下的功耗必須能夠被耗散掉。熱阻下一步是要計(jì)算每個(gè)MOSFET周圍的環(huán)境溫度，在這個(gè)溫度下，MOSFET結(jié)溫將達(dá)到我們的假定值(按照前面圖1所示的迭代過(guò)程，確定合適的MOSFET來(lái)作為同步整流器和開關(guān)MOSFET)。為此，首先需要確定每個(gè)MOSFET結(jié)到環(huán)境的熱阻(ΘJA)。熱阻的估算可能會(huì)比較困難。單一器件在一個(gè)簡(jiǎn)單PCB上的ΘJA測(cè)算相對(duì)容易一些，而要在一個(gè)系統(tǒng)內(nèi)去預(yù)測(cè)實(shí)際電源的熱性能是很困難的，那里有許多熱源在爭(zhēng)奪有限的散熱通道。如果有多個(gè)MOSFET被并聯(lián)使用，其整體熱阻的計(jì)算方法，和計(jì)算兩個(gè)以上并聯(lián)電阻的等效電阻一樣。
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