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场效应管(MOSFET)的发热分析

分类:MOSFET技术百科   发布时间:2015-07-23 04:07:20   阅读:2932   信息来源:1mos.com
做电源设计,或者做驱动方面的电路,一般都要用到场效应管(MOSFET)。场效应管(MOSFET)是由加在输入端栅极的电压来控制输出端漏极的电流。场效应管(MOSFET)是压控器件它通过加在栅极上的电压控制器件的特性,不会发生像三极管做开关时的因基极电流引起的电荷存储效应,因此在开关应用中,场效应管(MOSFET)的开关速度应该比三极管快。场效应管(MOSFET)有很多种类,也有很多作用。做电源或者驱动的使用,当然就是用它的开关作用。
无论N型或者P型场效应管(MOSFET),其工作原理本质是一样的。

其主要原理如图:


我们在开关电源中常用场效应管(MOSFET)的漏极开路电路,如下图漏极原封不动地接负载,叫开路漏极,开路漏极电路中不管负载接多高的电压,都能够接通和关断负载电流。是理想的模拟开关器件。这就是场效应管(MOSFET)做开关器件的原理。当然场效应管(MOSFET)做开关使用的电路形式比较多了。



在开关电源应用方面,这种应用需要场效应管(MOSFET)定期导通和关断。比如,DC-DC电源中常用的基本降压转换器依赖两个场效应管(MOSFET)来执行开关功能,这些开关交替在电感里存储能量,然后把能量释放给负载。我们常选择数百kHz乃至1MHz以上的频率,因为频率越高,磁性元件可以更小更轻。在正常工作期间,场效应管(MOSFET)只相当于一个导体。因此,我们电路或者电源设计人员最关心的是MOS的最小传导损耗。
我们经常看场效应管(MOSFET)的PDF参数,场效应管(MOSFET)制造商采用RDS(ON)参数来定义导通阻抗,对开关应用来说,RDS(ON)也是最重要的器件特性。数据手册定义RDS(ON)与栅极(或驱动)电压VGS以及流经开关的电流有关,但对于充分的栅极驱动,RDS(ON)是一个相对静态参数。一直处于导通的场效应管(MOSFET)很容易发热。另外,慢慢升高的结温也会导致RDS(ON)的增加。场效应管(MOSFET)数据手册规定了热阻抗参数,其定义为场效应管(MOSFET)封装的半导体结散热能力。RθJC的最简单的定义是结到管壳的热阻抗。

其发热情况有:
1.场效应管(MOSFET)的选型有误,对功率判断有误,场效应管(MOSFET)内阻没有充分考虑,导致开关阻抗增大。
2.频率太高,主要是有时过分追求体积,导致频率提高,场效应管(MOSFET)上的损耗增大了,所以发热也加大了。
3.没有做好足够的散热设计,电流太高,场效应管(MOSFET)标称的电流值,一般需要良好的散热才能达到。所以ID小于最大电流,也可能发热严重,需要足够的辅助散热片。
4.电路设计的问题,就是让场效应管(MOSFET)工作在线性的工作状态,而不是在开关状态。这也是导致场效应管(MOSFET)发热的一个原因。如果N-MOS做开关,G级电压要比电源高几V,才能完全导通,P-MOS则相反。没有完全打开而压降过大造成功率消耗,等效直流阻抗比较大,压降增大,所以U*I也增大,损耗就意味着发热。这是设计电路的最忌讳的错误。
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