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大功率电源MOS工作温度确定之计算功率耗散

2016-03-21 09:16 来源:电源网综合 编辑:铃铛

在电子电路设计中,散热设计是非常重要的一项指标。但在很多设计环境下,空间的狭小程度限制了散热功能设计与发挥。在大功率电源MOSFET当中这种情况尤其明显。为了尽量控制热量的产生,就必须对功率电源中MOSFET的功率耗散进行精密的计算,本文就将针对功率耗散的问题进行讲解,对确定工作温度步骤当中的第一步功率耗散进行介绍。

计算功率耗散

以CPU内核20A的电源设计为例,要确定一个MOSFET场效应管是否适于某一特定应用,需要对其功率耗散进行计算。

耗散主要包括阻抗耗散和开关耗散:PDDEVICETOTAL=PDRESISTIVE+PDSWITCHING

6-2
图1

由于MOSFET的功率耗散很大程度上取决于其导通电阻(RDS(ON)),计算RDS(ON)看似是一个很好的着手之处。但MOSFET的导通电阻取决于结温TJ。返过来,TJ又取决于MOSFET中的功率放大器耗散和MOSFET的热阻。这样,很难确定空间从何处着手。由于在功率耗散计算中的几个条件相互依赖,确定其数值时需要迭代过程(图1)。

这一过程从首先假设各MOSFET的结温开始,同样的过程对于每个MOSFET单独进行。MOSFET的功率耗散和允许的环境温度都要计算。

当允许的周围温度达到或略高于电源封装内和其供电的电路所期望的最高温度时结束。使计算的环境温度尽可能高看似很诱人,但这通常不是一个好主意。这样做将需要更昂贵的MOSFET、在MOSFET下面更多地使用铜片,或者通过更大或更快的风扇使空气流动。所有这些都没有任何保证。

在某种意义上,这一方案蒙受了一些“回退”。毕竟,环境温度决定MOSFET的结温,而不是其他途径。但从假设结温开始所需要的计算,比从假设环境温度开始更易于实现。

6-3
图2

对于开关MOSFET和同步整流器两者,都是选择作为此迭代过程开始点的最大允许裸片结温(TJ(HOT))。大多数MOSFET数据参数页只给出25°C的最大RDS(ON),但近来有一些也提供了125°C的最大值。MOSFETRDS(ON)随着温度而提高,通常温度系数在0.35%/°C至0.5%/°C的范围内(图2)。如果对此有所怀疑,可以采用更悲观的温度系数和MOSFET在25°C规格参数(或125°C的规格参数,如果有提供的话)计算所选择的TJ(HOT)处的最大RDS(ON):RDS(ON)HOT =RDS(ON)SPEC ×[1+0.005×<TJ(HOT)TSPEC>]

其中,RDS(ON)SPEC为用于计算的MOSFET导通电阻,而TSPEC为得到RDS(ON)SPEC的温度。如下描述,用计算得到的RDS(ON)HOT确定MOSFET和同步整流器的功率耗散。讨论计算各MOSFET在假定裸片温度的功率耗散的段落之后,是对完成此迭代过程所需其他步骤的描述。

大功率电源MOSFET的温度确定较为复杂。需要多个步骤进行辅助,本文主要对其中的计算功率耗散部分进行了介绍,在之后的文章中,小编将为大家介绍其余步骤,希望大家能够关注电源网的更多其它文章。

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