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  • 場效應(yīng)管發(fā)熱的原因分析與怎么解決場效應(yīng)管發(fā)熱問題
    • 發(fā)布時間:2019-08-22 15:16:28
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    場效應(yīng)管發(fā)熱
    場效應(yīng)管簡介
    場效應(yīng)晶體管(Field Effect Transistor縮寫(FET))簡稱場效應(yīng)管。主要有兩種類型(junction FET—JFET)和金屬 - 氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)管(metal-oxide semiconductor FET,簡稱MOS-FET)。由多數(shù)載流子參與導(dǎo)電,也稱為單極型晶體管。它屬于電壓控制型半導(dǎo)體器件。具有輸入電阻高(107~1015Ω)、噪聲小、功耗低、動態(tài)范圍大、易于集成、沒有二次擊穿現(xiàn)象、安全工作區(qū)域?qū)挼葍?yōu)點,現(xiàn)已成為雙極型晶體管和功率晶體管的強大競爭者。
    場效應(yīng)管(FET)是利用控制輸入回路的電場效應(yīng)來控制輸出回路電流的一種半導(dǎo)體器件,并以此命名。由于它僅靠半導(dǎo)體中的多數(shù)載流子導(dǎo)電,又稱單極型晶體管。
    場效應(yīng)管發(fā)熱嚴(yán)重的原因詳解
    1、電路設(shè)計的問題,就是讓MOS管工作在線性的工作狀態(tài),而不是在開關(guān)狀態(tài)。這也是導(dǎo)致MOS管發(fā)熱的一個原因。如果N-MOS做開關(guān),G級電壓要比電源高幾V,才能完全導(dǎo)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(fā)熱。這是設(shè)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(dǎo)致頻率提高,MOS管上的損耗增大了,所以發(fā)熱也加大了;
    3、沒有做好足夠的散熱設(shè)計,電流太高,MOS管標(biāo)稱的電流值,一般需要良好的散熱才能達(dá)到。所以ID小于最大電流,也可能發(fā)熱嚴(yán)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(nèi)阻沒有充分考慮,導(dǎo)致開關(guān)阻抗增大。
    如何解決場效應(yīng)管發(fā)熱問題?
    如果發(fā)現(xiàn)MOS管發(fā)熱很嚴(yán)重,為了解決MOS管發(fā)熱問題,要準(zhǔn)確判斷是否是這些原因造成,最重要的是進(jìn)行正確的測試,才能發(fā)現(xiàn)問題所在。通過這次解決這個MOS發(fā)熱問題,發(fā)現(xiàn)正確選擇關(guān)鍵點的測試,是否和分析的一致,才是解決問題之關(guān)鍵。
    在進(jìn)行開關(guān)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(guān)的電壓波形。當(dāng)判斷開關(guān)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(tài),變壓器原邊和次級以及輸出反饋是否合理,開關(guān)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(jù)開關(guān)電源以前的所了解的,一般引起MOS管發(fā)熱的原因是:
    1:驅(qū)動頻率過高。
    2:G極驅(qū)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(zhǔn)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(yīng)管發(fā)熱
    Q1為功率開關(guān)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(yīng)管發(fā)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(dǎo)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(guān)MOS管導(dǎo)通時,漏極電流從起始到峰值電流的過程。
    場效應(yīng)管發(fā)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(guān)鍵的測試點,基本上反映了開關(guān)電源的工作狀態(tài)和故障所在,導(dǎo)通的時候的尖峰電壓和尖峰電流非常大,如果能夠?qū)?dǎo)通的尖峰電壓和尖峰電流消除,那么損耗能降一大半,MOS發(fā)熱的問題就能解決。當(dāng)然也是發(fā)現(xiàn)MOS管工作正常與否的最直接反映。
    通過測試結(jié)果分析后,改變柵極驅(qū)動電阻阻值,選擇合適的頻率,給MOS管完全導(dǎo)通創(chuàng)造條件,MOS工作后有效的降低了尖峰電壓,又選擇了內(nèi)阻更小的MOS管,使在開關(guān)過程中管子本身的壓降降低。同時合理選擇的散熱器。經(jīng)過這樣處理后,重新實驗,讓整個電源正常工作后,加大負(fù)載到滿負(fù)荷工作,MOS管發(fā)熱始終沒有超過50°,應(yīng)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(fā)現(xiàn)峰值電壓或者峰值電流超過設(shè)計范圍,并注意MOS管發(fā)熱情況,如果異常,應(yīng)該立刻關(guān)閉電源,查找原因所在,防止MOS管損壞。
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