從無到有,徹底搞懂MOSFET講解(十二)
這種單橋臂載波的管子,哪個管子發(fā)熱會大呢?
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MOS管的四大損耗:開通損耗,關(guān)斷損耗,導(dǎo)通損耗,續(xù)流損耗
上橋臂載波情況下:
假設(shè)I = 1A,Rdson = 3mΩ。所以,
導(dǎo)通損耗:P = I^2*Rdson = 3mW
續(xù)流損耗:P = U*I = 0.7V*1A = 0.7W
四大損耗各有占比,隨著電流的變化而變化的。可以通過理論去計算,但是不準(zhǔn),實(shí)際情況需要通過波形測試進(jìn)行計算。我們這里先定性,不定量。
定性:
假設(shè)電流很小時,開關(guān)損耗比重大,哪個管子載波哪個管子熱;續(xù)流損耗大于導(dǎo)通損耗;
假設(shè)電流很大時,續(xù)流損耗大,哪個管子載波它的對應(yīng)同一個橋臂的另外一個管子就熱;開關(guān)損耗占比相對較小;哪個管子恒通,則相應(yīng)的導(dǎo)通損耗最小。
一個周期內(nèi),載波的管子,在ON期間有損耗,OFF期間可以休息;恒通的管子在全周期內(nèi)都有損耗;續(xù)流的管子在ON期間休息,OFF期間有損耗。
如果負(fù)載電流實(shí)在是太大,比如100A,那么管子的續(xù)流相當(dāng)大,開關(guān)損耗和導(dǎo)通損耗也大。那就要加散熱片,即使加散熱片,也要看管子的制作工藝,是塑封還是金封。發(fā)熱源是晶圓,傳到散熱片上面肯定是有熱阻的,那么如果電流太大,發(fā)熱很大,溫度就來不及傳到散熱片上,那么MOS管依舊會壞掉。這個時候,我們要盡快把熱源全部傳出來,可以分散熱源。比如采用并聯(lián)MOSFET的方式,那么這種方式有兩個好處,首先管子價格便宜了,熱阻也沒那么大了。其實(shí)由于MOSFET是壓控型的,所以可以并聯(lián),只要控制GS電壓接到同一個驅(qū)動極,所以電壓是一致的。
怎么解決續(xù)流損耗的問題呢?即使2個并聯(lián),承擔(dān)的續(xù)流損耗也是很大的。
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當(dāng)M1載波,M2恒通,M4續(xù)流時,它們的發(fā)熱是不一樣的。可能M4發(fā)熱最大,M1次之,M2發(fā)熱最小。能不能在同一個周期內(nèi),讓它們之間的熱源再重新分配呢?
思路:讓熱源進(jìn)行分配,大家一起來承擔(dān)。
分時載波,一會兒上管載波,一會兒下管載波,這樣就把熱源分散了。
總結(jié):
1、并聯(lián)MOS管。——增加硬件成本,軟件不需要改動。
2、分時載波。??——硬件不變,軟件改動,降低硬件成本。
在大電流情況下,二極管發(fā)熱是最嚴(yán)重的。而且它的散熱只能通過MOSFET內(nèi)部散熱,那么能不能把體二極管拿到外面來呢?
對于一個器件而言,它的功率受內(nèi)部晶圓影響,也受封裝影響,體積越大,散熱越好。封裝對應(yīng)著一個溫升的參數(shù):器件每增加一瓦,對應(yīng)的溫升。相同的功率損耗,體積越小,則溫升越大。
如何把體二極管拿到外面來呢?讓MOSFET體二極管失效,在外面增加一個大封裝的二極管,這樣就分散了發(fā)熱源。
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對于上面這幅圖,怎么解決M4的續(xù)流問題呢?如何讓M4的體二極管不通。
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如上圖所示,是不是可以把MOSFET的體二極管失效了呢。但是會增加2個器件,而且體積也大。
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那么左邊的二極管放在上邊好,還是放在下邊好呢?肯定是放在上邊好,如果放在下邊,會影響GS電壓,同時,二極管的結(jié)電容效應(yīng)會引起GS之間的震蕩。畢竟下面是控制極,還是希望控制極相對干凈一點(diǎn)。一旦控制極受到干擾,就會影響漏極。
根據(jù)之前的分析,當(dāng)上管載波時,下管才會有續(xù)流,所以,只要在三個下管各加2個二極管即可,這樣就解決了下管發(fā)熱的問題。那么有時候大家看到有個電機(jī)控制有9個管子,這是因?yàn)橄旅娴娜齻€MOSFET又各自并聯(lián)了一個管子。
總結(jié):
1、上橋載波,在三個下管分別各并聯(lián)一個MOSFET,功率降額使用
2、上橋載波,在三個下管采用兩個三極管方案失效體二極管,續(xù)流損耗拿到外面來,給MOSFET降低損耗負(fù)擔(dān)。
3、通過軟件的辦法,實(shí)現(xiàn)上下橋分時載波。
在單橋臂載波的時候,更多的時候采用上橋載波。主要考慮的是上管自舉電容充電的問題。