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原创 MOS管发热原因分析一

2017-6-6 21:59 2784 1 1 分类: 电源/新能源

最近参与到一款路由产品的硬件开发中,其中一项是客户需要非标准POE供电,可输出的POE供电电压为12/24/30/48V切换,最大输出功率设计为24W,电路采用反激式电源方案(电源芯片MP3910,芯片厂商提供方案),在调试该部分电路时出现MOS管(NMOS,SUD50N06)发热严重,输出电压非带载时正常,带载时(开始带载50%),MOS管发热严重,输出电压被拉低,不论是输出哪一路电压,输出只有9V左右,TLV431的稳压值只有1V左右(正常选择的型号Vref=2.5V),开始一直觉得问题出在TLV431上,后来换了板子竟发现可以正常稳压(应该是上一个板子变压器和MOS管出现问题,但没回去验证),但是mos管很烫,带载不到十秒钟就会冒烟,后来经过与芯片方案的FAE沟通才发现,MSP3910的驱动MOS管的引脚gate脚与MOS管之间的限流电阻用错物料,原理图是4.99欧,但实际用的是4.99K,更换电阻后可输出正常电压,MOS管也不会很烫,下面是解决问题思路:

一、用示波器观察所用MOS管的G极波形,如图一所示 ,上升时间接近1.32us,下降时间接近<160ns(实测50ns),再看如图二所示的手册中对MOS驱动上升下降沿要求,上升时间要求<35ns,下降时间<80ns,可得结论:上升时间过长导致MOS管工作为线性状态,非开关状态(参看总结一),MOS管开通过程时间太长直接导致了MOS管的发热严重。

二、解决:更换驱动限流电阻(图二中Rg),由于当时手里当时没有4.99欧电阻,更换为22欧的电阻后,G极波形如图三所示,Ton和Toff已经接近图二要求的时间,MOS管24V时带载27欧,输出功率21.3W,输出电压正常,MOS管基本不发热。


MOS驱动信号_NG


MOS开馆时间

图一


                                                                                   图二

MOS驱动信号_OK


                                                                                    图三

总结一:MOS管发热原因小结(此处从网上搜集)

1、电路设计的问题,就是让MOS管工作在线性的工作状态,而不是在开关状态。这也是导致MOS管发热的一个原因。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;(本次产品测试问题点虽然不是出在电路设计上,但BOM做错比设计错误往往更难分析)

2、频率太高,主要是有时过分追求体积,导致频率提高,MOS管上的损耗增大了,所以发热也加大了;

3、没有做好足够的散热设计,电流太高,MOS管标称的电流值,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、MOS管的选型有误,对功率判断有误,MOS管内阻没有充分考虑,导致开关阻抗增大。

总结二:MOS管工作状态分析

MOS管工作状态有四种,开通过程、导通状态、关断过程,截止状态;

MOS管主要损耗:开关损耗,导通损耗,截止损耗,还有雪崩能量损耗,开关损耗往往大于后者;

MOS管主要损坏原因:过流(持续大电流或瞬间超大电流),过压(D-S,G-S被击穿),静电(个人认为可属于过压);

总结三:MOS管工作过程分析

MOS管工作过程非常复杂,里面变量很多,总之开关慢不容易导致米勒震荡(介绍米勒电容,米勒效应等,很详细),但开关损耗会加大,发热大;开关的速度快,损耗会减低,但是米勒震荡很厉害,反而会使损耗增加。驱动电路布线和主回路布线要求很高,最终就是寻找一个平衡点,一般开通过程不超过1us;

总结四:MOS管的重要参数及选型

Qgs:栅极从0V充电到对应电流米勒平台时总充入电荷,这个时候给Cgs充电(相当于Ciss,输入电容);

Qgd:整个米勒平台的总充电电荷(不一定比Qgs大,仅指米勒平台);

Qg:总的充电电荷,包含Qgs,Qgd,以及之外的其它;

上述三个参数的单位是nc(纳库),一般为几nc到几十nc;

Rds(on):导通内阻,这个耐压一定情况下,越小损耗;

总的选型规则:Qgs、Qgd、Qg较小,Rds(on)也较小的管.


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文章评论 1条评论)

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136543814_294470385 2018-6-24 21:13

虽然看起来有点复杂,但还是觉得挺不错的!!
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