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場效應管發熱的原因分析及如何解決場效應管發熱問題-KIA MOS管

信息來源:本站 日期:2019-02-18 

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場效應管發熱

場效應管簡介

場效應晶體管(Field Effect Transistor縮寫(FET))簡稱場效應管。主要有兩種類型(junction FET—JFET)和金屬 - 氧化物半導體場效應管(metal-oxide semiconductor FET,簡稱MOS-FET)。由多數載流子參與導電,也稱為單極型晶體管。它屬于電壓控制型半導體器件。具有輸入電阻高(107~1015Ω)、噪聲小、功耗低、動態范圍大、易于集成、沒有二次擊穿現象、安全工作區域寬等優點,現已成為雙極型晶體管和功率晶體管的強大競爭者。


場效應管(FET)是利用控制輸入回路的電場效應來控制輸出回路電流的一種半導體器件,并以此命名。由于它僅靠半導體中的多數載流子導電,又稱單極型晶體管。


場效應管發熱嚴重的原因詳解

1、電路設計的問題,就是讓MOS管工作在線性的工作狀態,而不是在開關狀態。這也是導致MOS管發熱的一個原因。如果N-MOS做開關,G級電壓要比電源高幾V,才能完全導通,P-MOS則相反。沒有完全打開而壓降過大造成功率消耗,等效直流阻抗比較大,壓降增大,所以U*I也增大,損耗就意味著發熱。這是設計電路的最忌諱的錯誤;


2、頻率太高,主要是有時過分追求體積,導致頻率提高,MOS管上的損耗增大了,所以發熱也加大了;


3、沒有做好足夠的散熱設計,電流太高,MOS管標稱的電流值,一般需要良好的散熱才能達到。所以ID小于最大電流,也可能發熱嚴重,需要足夠的輔助散熱片;


4、MOS管的選型有誤,對功率判斷有誤,MOS管內阻沒有充分考慮,導致開關阻抗增大。


如何解決場效應管發熱問題?

如果發現MOS管發熱很嚴重,為了解決MOS管發熱問題,要準確判斷是否是這些原因造成,最重要的是進行正確的測試,才能發現問題所在。通過這次解決這個MOS發熱問題,發現正確選擇關鍵點的測試,是否和分析的一致,才是解決問題之關鍵。


在進行開關電源測試中,除了用三用表測量控制電路其他器件的引腳電壓,比較重要的是用示波器測量相關的電壓波形。當判斷開關電源是否工作正常,測試什么地方才能反映出電源的工作狀態,變壓器原邊和次級以及輸出反饋是否合理,開關MOS管是否工作正常,PWM控制器輸出端是否正常,包括脈沖的幅度和占空比是否正常,等等。

測試點的合理選擇非常重要,正確選擇既安全可靠測量,又能反映故障的原因所在,迅速查找出原因。


分析這次MOS管故障的原因,根據開關電源以前的所了解的,一般引起MOS管發熱的原因是:


1:驅動頻率過高。


2:G極驅動電壓不夠。


3:通過漏極和源極的Id電流太高。


因此測試重點放在MOS管上,準確測試它的工作狀況,才是問題的根本。選擇測試點如圖:

場效應管發熱


Q1為功率開關MOS管,A點為漏極,B點為源極,R為電流取樣電阻,C點為接地端。把雙蹤示波器的兩個探頭分別接到A和B點,兩個探頭接地端同時卡住電阻R的接地端C處。

場效應管發熱


MOS管漏極測試A點波形

而從B點的波形可以看出,MOS管的源極電壓波形,這個波形是取樣電阻R上的電壓波形,能夠反映出漏極電流極其導通和截止時間等信息,如下圖分析:

可以看出,每個周期中,開關MOS管導通時,漏極電流從起始到峰值電流的過程。

場效應管發熱

取樣電阻R的B測試點電壓波形


A和B點,這就是兩個關鍵的測試點,基本上反映了開關電源的工作狀態和故障所在,導通的時候的尖峰電壓和尖峰電流非常大,如果能夠將導通的尖峰電壓和尖峰電流消除,那么損耗能降一大半,MOS發熱的問題就能解決。當然也是發現MOS管工作正常與否的最直接反映。


通過測試結果分析后,改變柵極驅動電阻阻值,選擇合適的頻率,給MOS管完全導通創造條件,MOS工作后有效的降低了尖峰電壓,又選擇了內阻更小的MOS管,使在開關過程中管子本身的壓降降低。同時合理選擇的散熱器。經過這樣處理后,重新實驗,讓整個電源正常工作后,加大負載到滿負荷工作,MOS管發熱始終沒有超過50°,應該是比較理想。


在用示波器測試過程中,要特別注意這兩個測試點的波形,在逐步升高輸入電壓的時候,如果發現峰值電壓或者峰值電流超過設計范圍,并注意MOS管發熱情況,如果異常,應該立刻關閉電源,查找原因所在,防止MOS管損壞。


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