大功率電源MOS工作溫度確定之計算功率耗散

在電子電路設計中，散熱設計是非常重要的一項指標。但在很多設計環(huán)境下，空間的狹小程度限制了散熱功能設計與發(fā)揮。在大功率電源MOSFET當中這種情況尤其明顯。為了盡量控制熱量的產(chǎn)生，就必須對功率電源中MOSFET的功率耗散進(jìn)行精密的計算，本文就將針對功率耗散的問(wèn)題進(jìn)行講解，對確定工作溫度步驟當中的第一步功率耗散進(jìn)行介紹。

計算功率耗散

以CPU內核20A的電源設計為例，要確定一個(gè)MOSFET場(chǎng)效應管是否適于某一特定應用，需要對其功率耗散進(jìn)行計算。

耗散主要包括阻抗耗散和開(kāi)關(guān)耗散：PDDEVICETOTAL=PDRESISTIVE+PDSWITCHING

由于MOSFET的功率耗散很大程度上取決于其導通電阻(RDS(ON))，計算RDS(ON)看似是一個(gè)很好的著(zhù)手之處。但MOSFET的導通電阻取決于結溫TJ。返過(guò)來(lái)，TJ又取決于MOSFET中的功率放大器耗散和MOSFET的熱阻。這樣，很難確定空間從何處著(zhù)手。由于在功率耗散計算中的幾個(gè)條件相互依賴(lài)，確定其數值時(shí)需要迭代過(guò)程(圖1)。

這一過(guò)程從首先假設各MOSFET的結溫開(kāi)始，同樣的過(guò)程對于每個(gè)MOSFET單獨進(jìn)行。MOSFET的功率耗散和允許的環(huán)境溫度都要計算。

當允許的周?chē)鷾囟冗_到或略高于電源封裝內和其供電的電路所期望的最高溫度時(shí)結束。使計算的環(huán)境溫度盡可能高看似很誘人，但這通常不是一個(gè)好主意。這樣做將需要更昂貴的MOSFET、在MOSFET下面更多地使用銅片，或者通過(guò)更大或更快的風(fēng)扇使空氣流動(dòng)。所有這些都沒(méi)有任何保證。

在某種意義上，這一方案蒙受了一些“回退”。畢竟，環(huán)境溫度決定MOSFET的結溫，而不是其他途徑。但從假設結溫開(kāi)始所需要的計算，比從假設環(huán)境溫度開(kāi)始更易于實(shí)現。

對于開(kāi)關(guān)MOSFET和同步整流器兩者，都是選擇作為此迭代過(guò)程開(kāi)始點(diǎn)的最大允許裸片結溫(TJ(HOT))。大多數MOSFET數據參數頁(yè)只給出25°C的最大RDS(ON)，但近來(lái)有一些也提供了125°C的最大值。MOSFETRDS(ON)隨著(zhù)溫度而提高，通常溫度系數在0.35%/°C至0.5%/°C的范圍內(圖2)。如果對此有所懷疑，可以采用更悲觀(guān)的溫度系數和MOSFET在25°C規格參數(或125°C的規格參數，如果有提供的話(huà))計算所選擇的TJ(HOT)處的最大RDS(ON)：RDS(ON)HOT =RDS(ON)SPEC ×[1+0.005×]

其中，RDS(ON)SPEC為用于計算的MOSFET導通電阻，而TSPEC為得到RDS(ON)SPEC的溫度。如下描述，用計算得到的RDS(ON)HOT確定MOSFET和同步整流器的功率耗散。討論計算各MOSFET在假定裸片溫度的功率耗散的段落之后，是對完成此迭代過(guò)程所需其他步驟的描述。

大功率電源MOSFET的溫度確定較為復雜。需要多個(gè)步驟進(jìn)行輔助，本文主要對其中的計算功率耗散部分進(jìn)行了介紹，在之后的文章中，小編將為大家介紹其余步驟，希望大家能夠關(guān)注電源網(wǎng)的更多其它文章。