功率管的功耗:分為開關(guān)損耗和導(dǎo)通損耗兩部分
在探討MOS管發(fā)熱的原因時(shí),我們首先關(guān)注的是內(nèi)置電源調(diào)制器的高壓驅(qū)動(dòng)芯片。當(dāng)芯片承受2mA的電流和300V的電壓時(shí),其功耗將達(dá)到0.6W,這無疑會(huì)導(dǎo)致芯片發(fā)熱。值得注意的是,驅(qū)動(dòng)芯片所消耗的最大電流主要源于驅(qū)動(dòng)功率MOS管。為了降低芯片的功耗,我們可以采取一些措施,如減小功率MOS管的cgs電容、降低gate電壓以及優(yōu)化頻率。若這些參數(shù)無法調(diào)整,那么另一種策略是將芯片的功耗分散到芯片外的其他器件上,但需確保不會(huì)引入額外的功耗。簡而言之,就是通過優(yōu)化散熱設(shè)計(jì)來降低芯片的溫度。
功率管的功耗主要分為開關(guān)損耗和導(dǎo)通損耗兩部分。在多數(shù)應(yīng)用場合,尤其是LED市電驅(qū)動(dòng)領(lǐng)域,開關(guān)損耗往往遠(yuǎn)大于導(dǎo)通損耗。開關(guān)損耗與功率管的cgd和cgs電容、芯片的驅(qū)動(dòng)能力以及工作頻率緊密相關(guān)。因此,解決功率管發(fā)熱問題可以從以下幾個(gè)方面著手:首先,選擇MOS功率管時(shí),不能僅憑導(dǎo)通電阻大小來決定,因?yàn)閮?nèi)阻越小,其cgd和cgs電容也會(huì)越大。例如,1N60的cgs電容約為250pF,而5N60的則高達(dá)1200pF,選擇時(shí)需綜合考慮;其次,頻率和芯片驅(qū)動(dòng)能力也是關(guān)鍵因素。在頻率選擇上,需要權(quán)衡導(dǎo)通損耗與負(fù)載能力,避免頻率過高導(dǎo)致功率管發(fā)熱;最后,若需降低頻率,還需注意峰值電流或電感值的調(diào)整,以防止電感進(jìn)入飽和區(qū)域。若電感飽和電流足夠大,可以考慮將CCM模式調(diào)整為DCM模式,但這需要增加一個(gè)負(fù)載電容來實(shí)現(xiàn)。
反激電源MOS D-S之間電壓波形產(chǎn)生的原因?這是一個(gè)典型的問題,本質(zhì)原因就是功率級寄生電容、電感引起的諧振,然而幾天后我發(fā)現(xiàn),當(dāng)時(shí)我并沒有充分理解問題,這位朋友所要了解的問題其實(shí)應(yīng)細(xì)化為:為什么會(huì)有兩次諧振,諧振產(chǎn)生的模型是怎樣的?
如下為反激式電源實(shí)現(xiàn)方案,該方案采用初級側(cè)穩(wěn)壓(PSR)技術(shù),

Q1導(dǎo)通時(shí),變壓器初級電感存儲(chǔ)能量,輸出續(xù)流二極管Dfly反向偏置,Cout輸出能量給負(fù)載;

Q1關(guān)斷時(shí),變壓器初級線圈釋放能量,輸出續(xù)流二極管正向偏置,向輸出端提供電能;

開關(guān)電源產(chǎn)生振鈴的主要原因在于非理想器件存在功率級寄生電容、電感。所謂諧振,即:在MOS管開通、關(guān)斷切換的過程中,寄生電感將能量傳遞給寄生電容進(jìn)行充電,充電結(jié)束后寄生電容又釋放電能給寄生電感儲(chǔ)能,如此循環(huán)往復(fù)。

群友發(fā)出的圖片中,有2次諧振,

第一次諧振
該諧振產(chǎn)生的時(shí)間點(diǎn)在MOS管關(guān)斷的瞬間,等效諧振電路如下:
Loop:初次級間的漏電感、初級勵(lì)磁電感、功率MOSFET封裝電感之和
Coss:MOS管寄生電容、線路寄生電容

第二次諧振
這是開關(guān)電源DCM模式特有的一個(gè)振鈴現(xiàn)象,
此處你必須要了解開關(guān)電源電感如下兩種模式:
CCM:連續(xù)導(dǎo)通模式,次級端反射電流在MOS通斷,變壓器線圈換相期間不會(huì)到達(dá)0;
DCM:斷續(xù)導(dǎo)通模式,次級端反射電流在MOS通斷,變壓器線圈換相期間到達(dá)0。
在DCM模式下,當(dāng)MOS管關(guān)斷,且在次級反射電流消耗為0之前,次級線圈輸出相位的電壓高于實(shí)際輸出電壓;當(dāng)反射電流消耗為0,即次級線圈電流消耗為0時(shí),實(shí)際輸出電壓由輸出電容提供,此時(shí)次級輸出相位的電壓等于0,在次級輸出相位電壓由高于輸出電壓到等于0的變化過程中,會(huì)出現(xiàn)電壓的衰減振蕩,而該衰減振蕩會(huì)耦合到初級線圈并加載在MOS與線圈連接的開關(guān)節(jié)點(diǎn)處。

由于該諧振給MOS管的寄生電容充電,若MOS在此時(shí)導(dǎo)通,則可能碰到寄生電容電位被充到較高的時(shí)刻,此時(shí)寄生電容所充電的能量若被直接導(dǎo)到GND會(huì)造成MOS管的導(dǎo)通損耗,針對該問題,誕生出了準(zhǔn)諧振技術(shù),即:DCM模式下,初級側(cè)MOS在開關(guān)節(jié)點(diǎn)諧振電壓擺幅的谷底附近導(dǎo)通
MOS管發(fā)燙的原因,反激電源中的MOS管發(fā)燙可能有多種原因,以下是一些可能的原因:
1. 電路設(shè)計(jì)問題:如果MOS管工作在線性狀態(tài)而不是開關(guān)狀態(tài),可能會(huì)導(dǎo)致MOS管發(fā)燙。此外,如果MOS管沒有完全打開,壓降過大,也會(huì)造成功率消耗和發(fā)燙。
2. 散熱設(shè)計(jì)不足:MOS管需要良好的散熱才能達(dá)到其標(biāo)稱的電流值。如果散熱設(shè)計(jì)不足,電流過高,MOS管可能會(huì)發(fā)燙嚴(yán)重。
3. 頻率過高:有時(shí)為了追求體積,頻率可能會(huì)提高,導(dǎo)致MOS管上的損耗增大,從而發(fā)熱增加。
4. MOS管選型錯(cuò)誤:如果MOS管的選型有誤,例如對功率判斷有誤,或者M(jìn)OS管內(nèi)阻沒有充分考慮,可能導(dǎo)致開關(guān)阻抗增大,從而引發(fā)發(fā)熱。
5. 環(huán)境溫度過高:如果工作環(huán)境溫度過高,例如在高溫車間,也可能導(dǎo)致MOS管發(fā)燙。
6. 電源電壓過低:電源電壓過低可能導(dǎo)致MOS管工作不正常,從而產(chǎn)生過多的熱量。
解決MOS管發(fā)燙的措施,為了解決MOS管發(fā)燙的問題,可以采取以下措施:
1. 降低工作溫度:通過改善散熱條件,如增加散熱片或風(fēng)扇,降低MOS管的工作溫度。
2. 改善工作環(huán)境:確保工作環(huán)境溫度適中,避免在高溫環(huán)境下使用MOS管。
3. 減小負(fù)載:如果負(fù)載過大,特別是大電阻,可能導(dǎo)致MOS管發(fā)熱嚴(yán)重。通過減小負(fù)載或優(yōu)化電路設(shè)計(jì)來降低發(fā)熱。
4. 改善散熱條件:確保MOS管有足夠的散熱空間,并選擇合適的散熱器和散熱材料。
5. 過流保護(hù)動(dòng)作時(shí)及時(shí)斷開電源:在過流保護(hù)動(dòng)作發(fā)生時(shí),及時(shí)斷開電源,避免電流長時(shí)間過大導(dǎo)致過熱。
6. 定期檢查和更換器件:定期檢查MOS管的工作狀態(tài),如果發(fā)現(xiàn)器件老化或損壞,及時(shí)更換,以確保電路的正常運(yùn)行。
請注意,以上只是一些可能的原因和解決方案,具體情況可能因電路設(shè)計(jì)、工作環(huán)境和使用條件等因素而有所不同。如果問題持續(xù)存在或無法解決,建議咨詢專業(yè)工程師或技術(shù)人員進(jìn)行進(jìn)一步的排查和修復(fù)。