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计算大功率电源中MOSFET的功率耗散

来源:    作者:    发布时间:2015-04-03 09:21:42    浏览量:


降低假设的TJ(HOT);减少用于MOSFET功率耗散绕行电感器的铜散热片面积;或者,采用不那么昂贵的MOSFET。

这些步骤是可选的,因为本案例中MOSFET不会由于超过设定温度而损坏。然而,在TAMBIENT比封装的最大温度高时,这些步骤可以减小板面积和成本。

该过程中最大的不准确性来源于ΘJA。仔细研读ΘJA规格参数相关的数据页说明。典型的规格说明假设器件安装于1平方英寸的2盎司铜片。铜片承担了大部分的散热,而铜片的大小对ΘJA有显著影响。

例如,采用1平方英寸的铜片,D-Pak的ΘJAD-Pak可能是50°绕行电感器C/W。但如果铜片就设在封装引脚下,ΘJA值将会加倍(参见表)。采用多个并联MOSFET,ΘJA主要依赖于它所安装的铜片面积。两个元器件的等效ΘJA可能是只有一个元器件时的一半,除非铜片的面积加倍。就是说,增加并联MOSFET而不同时增加铜片面积,将使RDS(ON)减半,但对ΘJA的改变小得多。

最后,ΘJA的规格参数假设铜片散热面积不需考虑其他元器件的散热。在高电流时,在功率路径上的每个元件,甚至是PC板上的铜材料都会产生热量。为避免对的MOSFET过度加热,需要仔细计估算实际物理环境能东莞电感器达到的ΘJA值;研究所选择的MOSFET提供的热参数信息;检查是否有空间用于增加额外的铜片、散热器和其他器件;确定增加空气流动是否可行;看看在假设的散热通道有没有其他明显的热源,并要估算一下附近元件和空间的加热或冷却作用。

设计实例

图3所示CPU内核电源在40A提供1.3V。两个同样的20A电源在300kHz运行,提供40A输出电源。MAX1718主控制器驱动一个,而MAX1897从控制器驱动另一个。该电源输入范围在8~20V之间,指定封装的最高工组作环境温度60°C。

同步整流器包括两个并联的IRF7822MOSFET,在室温条件下组合的最大RDS(ON)为3.25mΩ,而假设TJ(HOT)为115°C时约为4.7mΩ。最大负载系数94%,20A负载电流和4.7mΩ最大RDS(ON),并联MOSFET的耗散约为1.8W。提供2平方英寸的铜片以进行散热,总ΘJA约为31°C/W。组合MOSFET的温度上升约为55°C,所以此设计将在60°左右的环境温度工作。

在室温下组合的最大RDS(ON)为6mΩ,在115°C(假设的TJ(HOT))为8.7mΩ的两个并联IRF7811WMOSFET组成开关MOSFET。组合CRSS为240pF。MAX1718以及MAX1897的1Ω栅极驱动输出约为2A.。当VIN=8V时,电阻损耗为0.57W,而开关损耗约为0.05W。在20V时,电阻损耗为0.23W,而开关损耗约为0.29W。在每个操作点的总损耗大体平衡,而在最小VIN处的最坏情况功率电感下,等于0.61W。

由于功率耗散水平不高,我们可以在这对MOSFET下面提供了0.5平方英寸的铜片,达到约55°C/W的总ΘJA。这样以35°C的升温,可以支持达80°电感器生产;C的环境温度。

本实例的铜散热片仅要求对MOSFET提供。如果有其它器件散热,也许要求铜散热片面积更大。如果空间不允许增加额外的铜散热片,可以减小总功率耗散,将热量扩散到散热量较低的地方,或采用其他方法散热。

热能管理是大功率便携设计中最困难的方面之一,它使上述的迭代过程成为必需。虽然这一过程使板设计者已经接近于最终设计,但还是必须通过实验室工作最终确定设计过程是否准确。在实验室中计算MOSFET的热能特性、确何其散热通道并检查计算结果,有助于确保可靠的热设计。

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