發熱來源

如上圖,MOS管的工作狀態有4種情況,分別是開通過程,導通過程,關斷過程和截止過程。
導致發熱的損耗主要有兩種:開關損耗、導通損耗。
導通損耗
導通損耗比較好計算,根據驅動電壓VGS值可以得到MOS的導通電阻RDS(ON),用歐姆定律計算即可。

開關損耗
開關損耗是MOS管開啟、關斷過程中的損耗。由于MOS管開啟需要有個過程,這個過程中MOS管的D、S之間存在電壓、電流,電壓電流相乘就得到了MOS管的開關損耗。如下:

MOS管開關時的米勒效應
MOS管驅動電路

常見的完整的MOS管驅動電路如上,一般有驅動電阻R1、泄放電阻R2、泄放二極管D1、下拉電阻R3.
驅動電阻R1的作用
PCB走線存在寄生電感,每1mm約1nH左右。
MOS管G極存在輸入電容。
MOS開關的上升(tr)及下降(tf)時間一般為數ns。
因寄生成分而產生的電壓和電流可通過以下公式計算:

由上面可知,驅動電壓越大、驅動電流越大、寄生電感越大、電容越大都會使震蕩電壓越大,如果超過MOS管最大VGS會損壞MOS。

因此需要串聯驅動電阻R1,來衰減震蕩尖峰。
這樣雖然會降低驅動電流,增加MOS開啟時間,增加發熱,但是可以保護MOS。
下圖展示了增大驅動電阻對震蕩的抑制作用。

泄放電阻R2、泄放二極管D1的作用

當MOS管關閉時泄放電阻R2、泄放二極管D1才會起作用。
驅動芯片輸出低電平,MOS管G極電容會從R1、R2和D1流向驅動芯片。
如果R1較大,泄放電流就小。因此再專門開一條通路R2和D1,根據D1的承受電流來設計R2的值,如果G極電容小、D1承受能力ok,R2可省略。

下拉電阻R3的作用
MOS管的G、S之間電阻很大,而且存在電容,如果沒有驅動信號,高阻狀態下,G極容易耦合進電壓導致MOS管誤導通。因此需要加一個電阻來下拉,泄放電壓。
如果驅動信號可靠,一直都有明確的電平狀態。此電阻就可以省略。
發熱解決辦法
需要先分析下自己電路中主要是導通損耗還是開關損耗。
導通損耗多:
1、VGS沒到最大就提高VGS
2、換RDS(ON)更小的MOS。

開關損耗多:
1、降低開關頻率
2、改進電路加快開關過程。降低驅動電阻、增加泄放二極管。
3、選擇輸入輸出電容更小的MOS。
選擇Cgd小的MOS,在MOS的手冊中:

又根據公式:Ciss=Cgs+Cgd,Coss=Cds+Cgd,Crss=Cgd
需要注意:內阻越小,一般cgs和cgd電容越大。所以需要取舍。
原文鏈接:https://blog.csdn.net/qlexcel/article/details/147150346
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原文標題:MOS管驅動電路(串聯電阻、二極管)、發熱原因和解決辦法
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