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大电流MOS管型号参数与应用详解-MOS管发热分析-KIA MOS管

信息来源:本站 日期:2018-12-21 

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MOS管

MOS管是金属(metal)—氧化物(oxide)—半导体(semiconductor)场效应晶体管,或者称是金属—绝缘体(insulator)—半导体。MOS管的source和drain是可以对调的,他们都是在P型backgate中形成的N型区。在多数情况下,这个两个区是一样的,即使两端对调也不会影响器件的性能。这样的器件被认为是对称的。


MOS管发热分析

做电源设计,或者做驱动方面的电路,难免要用到MOS管。MOS管有很多种类,也有很多作用。做电源或者驱动的使用,当然就是用它的开关作用。


无论N型或者P型MOS管,其工作原理本质是一样的。MOS管是由加在输入端栅极的电压来控制输出端漏极的电流。MOS管是压控器件它通过加在栅极上的电压控制器件的特性,不会发生像三极管做开关时的因基极电流引起的电荷存储效应,因此在开关应用中,MOS管的开关速度应该比三极管快。其主要原理如图:

大电流MOS管

MOS管的工作原理


在开关电源中常用MOS管的漏极开路电路,如图2漏极原封不动地接负载,叫开路漏极,开路漏极电路中不管负载接多高的电压,都能够接通和关断负载电流。是理想的模拟开关器件。这就是MOS管做开关器件的原理。当然MOS管做开关使用的电路形式比较多了。

大电流MOS管

NMOS管的开路漏极电路


在开关电源应用方面,这种应用需要MOS管定期导通和关断。比如,DC-DC电源中常用的基本降压转换器依赖两个MOS管来执行开关功能,这些开关交替在电感里存储能量,然后把能量释放给负载。我们常选择数百kHz乃至1MHz以上的频率,因为频率越高,磁性元件可以更小更轻。在正常工作期间,MOS管只相当于一个导体。因此,我们电路或者电源设计人员最关心的是MOS的最小传导损耗。


我们经常看MOS管的PDF参数,MOS管制造商采用RDS(ON)参数来定义导通阻抗,对开关应用来说,RDS(ON)也是最重要的器件特性。数据手册定义RDS(ON)与栅极(或驱动)电压VGS以及流经开关的电流有关,但对于充分的栅极驱动,RDS(ON)是一个相对静态参数。一直处于导通的MOS管很容易发热。另外,慢慢升高的结温也会导致RDS(ON)的增加。MOS管数据手册规定了热阻抗参数,其定义为MOS管封装的半导体结散热能力。RθJC的最简单的定义是结到管壳的热阻抗。


其发热情况有:

1。电路设计的问题,就是让MOS管工作在线性的工作状态,而不是在开关状态。这也是导致MOS管发热的一个原因。如果N-MOS做开关,G级电压要比电源高几V,才能完全导通,P-MOS则相反。没有完全打开而压降过大造成功率消耗,等效直流阻抗比较大,压降增大,所以U*I也增大,损耗就意味着发热。这是设计电路的最忌讳的错误。


2.频率太高,主要是有时过分追求体积,导致频率提高,MOS管上的损耗增大了,所以发热也加大了。


3.没有做好足够的散热设计,电流太高,MOS管标称的电流值,一般需要良好的散热才能达到。所以ID小于最大电流,也可能发热严重,需要足够的辅助散热片。


4.MOS管的选型有误,对功率判断有误,MOS管内阻没有充分考虑,导致开关阻抗增大。


大电流mos管

由于功率MOSFET热稳定性好,故比双极型晶体管并联连接简单。可是并联连接MOSFET用于高速开关则末必简单,从现象看并联连接会发生以下两个问题:

1) 电流会集中某一个器件中。

2 ) 寄生振荡。

大电流MOS管

并联连接方面的问题

参数

Lo:栅、导线电感

LD:漏、导线电感

LS:源、导线电感

Cmi:密勒电容

CGS:栅、源间电源

ra:栅、电阻(多晶硅)


(1)电流会集到某一个器件中

这是由于并联连接的器件中的某一个器件早于或迟于其它器件导通或断开而引起的。导通、断开的时刻差异是由于器件间的阈值电压和正向传输导纳等参数的差别而引起。图1表明把具有不同VGS(th)和 g.f .s 的功率MOSFET并联衔接时发生电流不平衡的一个比如。

驱动级的输出阻抗大的时候,电流不平衡的发生时刻由功率MOSFET的输入电容Ciss而决议。另外,并联连接的全部器件导通之后,流到各器件的电流与Rds(on)成反比 。


( 2 ) 寄生振荡

如把功率MOSFET的栅极直接并联衔接,就常常发生寄生振荡。如图2所示,经过各个器件的漏、栅间电容( 密勒电容 )和栅极引线电感构成谐振电路 。关于这个谐振电路的Q,也即电抗器 ( L 、C ) 对电阻之比 (Q = i∞/ R ) 非常大,简单发生寄生振荡。

从以下两个方面采取办法 :

1)器材的挑选

2)装置上的考虑


并联连接及办法

( 1) 把功率MOSFET用作开关器件时,无须过于慎重考虑,由于功率MOSFET的最大脉冲电流允许为直流额定值的 3-4倍,只需极力缩小驱动级的输出阻抗就行.把功率MOSFET用在线性电路时,只挑选同一批产品是不行的 ,与双极型晶体管一样外加源电阻使之平衡是很有必要的.

大电流MOS管

( 2 )装置办法

选用低电感布线是当然的,但在并联连接中仅用铜板是不行的 ,由于因公共阻扰发生的 电压使栅、源间电压不能平衡,为了防止这点,并联连接的各个器件应是彻底持平的布线,应如图3那样用对称的布线 ,但因装置上的约束,不行能用对称布钱时,这时同轴的(多股绞合线、带状线 ) 布线也是很有用的。如图4那样,经过薄的绝缘膜把铜板制成的漏和源的布线。

分别做成多层结构,则由于布线发生电感的一起也发生电容 ,而构成图5的等效电路。由电感发生的电压经过电容传输使各个器材的栅  、源间电压则变得持平。由于功率MOSFET的导通电阻和耐压有以下的联系,即Rds(on)∞BVds2 .4-2.7所以在总芯片面积持平的情况下,如把几个低压MOSFET串联连接 ,比1个高耐压MOSFET的导通电阻低。图1表明串联连接个数和导通电阻下降率之间的联系。从此图中能够看出 ,用串联衔接比提高每个功率MOSFET的耐压更有优越性 。可是,随着串联连接MOSFET 的个数的添加,驱动电路变得复杂,从成本和装置上考虑 ,2-5个MOSFET的串联衔接较为适宜。


大电流MOS管应用

1、交流/直流电源的同步整流

2、直流电机驱动

3、逆变器

4、电池充电器和电池保护电路

5、36V-96V系统中的马达控制

6、隔离的直流-直流转换器

7、不间断电源


大电流MOS管型号

以下为KIA半导体大电流部分型号,需咨询更多型号请联系我们,我们将竭诚为您服务!

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大电流MOS管


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