作者:鲁肃老师(张飞实战电子高级工程师) 这种单桥臂载波的管子,哪个管子发热会大呢?
MOS管的四大损耗:开通损耗,关断损耗,导通损耗,续流损耗 上桥臂载波情况下: 一个周期内,载波的管子,在ON期间有损耗,OFF期间可以休息;恒通的管子在全周期内都有损耗;续流的管子在ON期间休息,OFF期间有损耗。 如果负载电流实在是太大,比如100A,那么管子的续流相当大,开关损耗和导通损耗也大。那就要加散热片,即使加散热片,也要看管子的制作工艺,是塑封还是金封。发热源是晶圆,传到散热片上面肯定是有热阻的,那么如果电流太大,发热很大,温度就来不及传到散热片上,那么MOS管依旧会坏掉。这个时候,我们要尽快把热源全部传出来,可以分散热源。比如采用并联MOSFET的方式,那么这种方式有两个好处,首先管子价格便宜了,热阻也没那么大了。其实由于MOSFET是压控型的,所以可以并联,只要控制GS电压接到同一个驱动极,所以电压是一致的。
怎么解决续流损耗的问题呢?即使2个并联,承担的续流损耗也是很大的。 当M1载波,M2恒通,M4续流时,它们的发热是不一样的。可能M4发热最大,M1次之,M2发热最小。能不能在同一个周期内,让它们之间的热源再重新分配呢? 思路:让热源进行分配,大家一起来承担。 分时载波,一会儿上管载波,一会儿下管载波,这样就把热源分散了。 总结: 1、并联MOS管。——增加硬件成本,软件不需要改动。 2、分时载波。 ——硬件不变,软件改动,降低硬件成本。
在大电流情况下,二极管发热是最严重的。而且它的散热只能通 过MOSFET内部散热,那么能不能把体二极管拿到外面来呢?对于一个器件而言,它的功率受内部晶圆影响,也受封装影响,体积越大,散热越好。封装对应着一个温升的参数:器件每增加一瓦,对应的温升。相同的功率损耗,体积越小,则温升越大。
如何把体二极管拿到外面来呢?让MOSFET体二极管失效,在外面增加一个大封装的二极管,这样就分散了发热源。
对于上面这幅图,怎么解决M4的续流问题呢?如何让M4的体二极管不通。 那么左边的二极管放在上边好,还是放在下边好呢?肯定是放在上边好,如果放在下边,会影响GS电压,同时,二极管的结电容效应会引起GS之间的震荡。毕竟下面是控制极,还是希望控制极相对干净一点。一旦控制极受到干扰,就会影响漏极。 根据之前的分析,当上管载波时,下管才会有续流,所以,只要在三个下管各加2个二极管即可,这样就解决了下管发热的问题。那么有时候大家看到有个电机控制有9个管子,这是因为下面的三个MOSFET又各自并联了一个管子。 总结: 1、上桥载波,在三个下管分别各并联一个MOSFET,功率降额使用 2、上桥载波,在三个下管采用两个三极管方案失效体二极管,续流损耗拿到外面来,给MOSFET降低损耗负担。 3、通过软件的办法,实现上下桥分时载波。
在单桥臂载波的时候,更多的时候采用上桥载波。主要考虑的是上管自举电容充电的问题。 篇幅长,完整内容见附件:
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