電源設計小貼士 28：估算熱插拔 MOSFET 的瞬態(tài)溫升――第 1 部分

在本電源設計小貼士以及下次的小貼士中，我們將研究一種估算熱插拔 MOSFET 溫升的簡(jiǎn)單方法。熱插拔電路用于將電容輸入設備插入通電的電壓總線(xiàn)時(shí)限制浪涌電流。這樣做的目的是防止總線(xiàn)電壓下降以 及連接設備運行中斷。通過(guò)使用一個(gè)串聯(lián)組件逐漸延長(cháng)新連接電容負載的充電時(shí)間，熱插拔器件可以完成這項工作。結果，該串聯(lián)組件具有巨大的損耗，并在充電事 件發(fā)生期間產(chǎn)生溫升。大多數熱插拔設備的制造廠(chǎng)商都建議您查閱安全工作區域 (SOA) 曲線(xiàn)，以便設備免受過(guò)應力損害。圖 1 所示 SOA 曲線(xiàn)顯示了可接受能量區域和設備功耗，其一般為一個(gè)非常保守的估計。MOSFET 的主要憂(yōu)慮是其結溫不應超出最大額定值。該曲線(xiàn)以圖形的形式向您表明，由于設備散熱電容的存在它可以處理短暫的高功耗。這樣可以幫助您開(kāi)發(fā)一個(gè)精確的散熱模型，以進(jìn)行更加保守、現實(shí)的估算。

在《電源設計小貼士 9》中，我們討論了一種電氣等效電路，用于估算系統的散熱性能。我們提出在散熱與電流、溫度與 電壓以及散熱與電阻之間均存在模擬電路。在本設計小貼士中，我們將增加散熱與電容之間的模擬電路。如果將熱量加到大量的材料之中，其溫升可以根據能量 (Q)、質(zhì)量 (m) 和比熱 (c) 計算得到，即：

只需通過(guò)估算您建模的各種系統組件的物理尺寸，便可得到散熱電容。散熱能力等于組件體積、密度和比熱的乘積。這樣便可以使用圖 2 所示的模型結構。

該模型以左上角一個(gè)電流源作為開(kāi)始，其為系統增加熱量的模擬。電流流入裸片的熱容及其熱阻。熱量從裸片流入引線(xiàn)框和封裝灌封材料。流經(jīng)引線(xiàn)框的熱量再流入封裝和散熱片之間的接觸面。熱量從散熱片流入熱環(huán)境中。遍及整個(gè)網(wǎng)絡(luò )的電壓代表高于環(huán)境的溫升。

熱阻和熱容的粗略估算顯示在整個(gè)網(wǎng)絡(luò )中。該模型可以進(jìn)行環(huán)境和 DC 模擬，可幫助根據制造廠(chǎng)商提供的 SOA 曲線(xiàn)圖進(jìn)行一些保守計算。下次，我們將繼續討論熱插拔旁路組件，敬請期待。我們將對等效電路中的一些散熱時(shí)間恒量進(jìn)行討論。