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60W充电器设计低压同步整流MOS温度高怎么

时间:2020-12-08 18:25 来源:未知

什么是同步整流MOSFET
如下所示的开关电源原理图,

开关电源典形电路图
图中的D1即为整流二极管,其负责将高频变压器输出的交流二极电压波形整流成直流电压。
对于低压、大电流的输出,由于整流二极管的正向导通电压所引起的功耗非常可观。
不仅导致电源效率降低,还使得二极管发热量很大需要散热片辅助散热。
以题主所说的20V/3A为例,采用的如果是肖特基二极管,其正向导通压降大概为0.6V。
在整流二极管上消耗的功率为1.8W,如果不加散热片,至少能采用几十上百度的温升。
使得电源的效率下降3%。
同步整流是采用导通电阻非常低的功率MOSFET,来取代整流二极管以降低整流损耗的一项技术。
如下所示的采用同步整流MOSFET的开关电源原理框图,

同步整流MOSFET原理图
当高频变压器的次极中间抽头输出高电压时,另一个抽头也同步输出高电压。
该高电压通过同步整流控制电路处理成同步整流MOSFET Q2的门极驱动电压,
并且使得门极和源极的电压差大于MOSFET导通的阈值电压,使得MOSFET的源极和漏极导通。
高频变压器向负载供电。
导通时序与功耗
同步整流MOSFET按照其一个周期的导通时序可以分为几个方面的功耗:
如果源极和正电压和门极的控制电压不同步,则可能使得MOSFET内部的体二极管先于源极和漏极之间的通路导通,下图阶段1。
体二极管的压降和反向恢复时间都比较大,将导致MOSFET产生大量热量。
MOSFET在导通过程中,由于其门极、源级、漏极之间的结电容的存在。
流过MOSFET源极和漏极的电流不能立即上升到工作电流,MOSFET源极和漏极之间的压电不能立即下降到导通电压。
在电流上升和电压下降的过程中,也会产生大量的功耗,下图阶段2。
MOSFET的源极和漏极导通之后,主要由导通电阻产生功耗,下图阶段3。
在电流下降和电压上升的过程中,也会产生大量的功耗,下图阶段4。
在关断过程中,如果MOSFET关断过早,也会导致体二极管导通而产生大量的功耗,下图阶段5。

各阶段功耗
MOSFET的温升是否正常
在门极的驱动信号与源极的电压完全同步时,没有阶段1、5所产生的功耗;
当结电容很小,门极的驱动信号的驱动能力很强时,电压、电流的下升和下降沿非常陡,阶段2,4产生的功耗可以忽略不计;
则只有阶段3所产生的功耗。
功耗为I*I*Rds(on)=9*0.004=36mW。
而TO220的封装,热阻θJA=54℃/W。
而题主所说的在环境温度为24度时,MOSFET的表示温度大概为120度,也就是产生了100度左右的温升。
则大概产生的功率为100/54=2W,远远大于阶段3所产生的功耗32mW。
可见这是一种不正常的工作状态。
功耗偏高的两个可能性
有两种可能,
一是驱动信号不同步所产生的功耗。
假设体二极管压降为1V。
当开关频率为100KHz时,正半周时间为5us,如果开通延时+关闭提前的时间为1us。
则产生的功率约为(1*3*1/5)=0.6W。
另一种可能是因为门极驱动信号的驱动能力压,其输出电阻比较大,使用在结电容的作用上,驱动波形的上升和下降沿不够陡峭。
万博manbetx 造成MOSFET的源漏极关断和打开过程中产生了功耗。

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