最近參與到一款路由產(chǎn)品的硬件開發(fā)中，其中一項是客戶需要非標(biāo)準(zhǔn)POE供電，可輸出的POE供電電壓為12/24/30/48V切換，最大輸出功率設(shè)計為24W，電路采用反激式電源方案（電源芯片MP3910，芯片廠商提供方案），在調(diào)試該部分電路時出現(xiàn)MOS管（NMOS，SUD50N06）發(fā)熱嚴(yán)重，輸出電壓非帶載時正常，帶載時（開始帶載50%）,MOS管發(fā)熱嚴(yán)重，輸出電壓被拉低，不論是輸出哪一路電壓，輸出只有9V左右，TLV431的穩(wěn)壓值只有1V左右（正常選擇的型號Vref=2.5V），開始一直覺得問題出在TLV431上，后來換了板子竟發(fā)現(xiàn)可以正常穩(wěn)壓（應(yīng)該是上一個板子變壓器和MOS管出現(xiàn)問題，但沒回去驗證），但是mos管很燙，帶載不到十秒鐘就會冒煙，后來經(jīng)過與芯片方案的FAE溝通才發(fā)現(xiàn)，MSP3910的驅(qū)動MOS管的引腳gate腳與MOS管之間的限流電阻用錯物料，原理圖是4.99歐，但實際用的是4.99K，更換電阻后可輸出正常電壓，MOS管也不會很燙，下面是解決問題思路：

 

      一、用示波器觀察所用MOS管的G極波形，如圖一所示 ，上升時間接近1.32us，下降時間接近<160ns（實測50ns），再看如圖二所示的手冊中對MOS驅(qū)動上升下降沿要求，上升時間要求<35ns，下降時間<80ns，可得結(jié)論：上升時間過長導(dǎo)致MOS管工作為線性狀態(tài)，非開關(guān)狀態(tài)（參看總結(jié)一），MOS管開通過程時間太長直接導(dǎo)致了MOS管的發(fā)熱嚴(yán)重。

 

     二、解決：更換驅(qū)動限流電阻（圖二中Rg），由于當(dāng)時手里當(dāng)時沒有4.99歐電阻，更換為22歐的電阻后，G極波形如圖三所示，Ton和Toff已經(jīng)接近圖二要求的時間，MOS管24V時帶載27歐，輸出功率21.3W，輸出電壓正常，MOS管基本不發(fā)熱。      

 

   

 

                                                                                                                    圖一

 

 

 

                                                                                       圖二

 

 

 

                                                                                        圖三

 

總結(jié)一：MOS管發(fā)熱原因小結(jié)（此處從網(wǎng)上搜集）

 

     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；（本次產(chǎn)品測試問題點雖然不是出在電路設(shè)計上，但BOM做錯比設(shè)計錯誤往往更難分析）

 

     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。

 

總結(jié)二：MOS管工作狀態(tài)分析

 

      MOS管工作狀態(tài)有四種，開通過程、導(dǎo)通狀態(tài)、關(guān)斷過程，截止?fàn)顟B(tài)；

 

      MOS管主要損耗：開關(guān)損耗，導(dǎo)通損耗，截止損耗，還有雪崩能量損耗，開關(guān)損耗往往大于后者；

 

      MOS管主要損壞原因：過流（持續(xù)大電流或瞬間超大電流），過壓（D-S，G-S被擊穿），靜電（個人認(rèn)為可屬于過壓）；

 

總結(jié)三：MOS管工作過程分析

 

      MOS管工作過程非常復(fù)雜，里面變量很多，總之開關(guān)慢不容易導(dǎo)致米勒震蕩（介紹米勒電容，米勒效應(yīng)等，很詳細(xì)），但開關(guān)損耗會加大，發(fā)熱大；開關(guān)的速度快，損耗會減低，但是米勒震蕩很厲害，反而會使損耗增加。驅(qū)動電路布線和主回路布線要求很高，最終就是尋找一個平衡點，一般開通過程不超過1us；

 

總結(jié)四：MOS管的重要參數(shù)及選型

 

       Qgs：柵極從0V充電到對應(yīng)電流米勒平臺時總充入電荷，這個時候給Cgs充電（相當(dāng)于Ciss，輸入電容）；

 

       Qgd：整個米勒平臺的總充電電荷（不一定比Qgs大，僅指米勒平臺）；

 

       Qg：總的充電電荷，包含Qgs，Qgd，以及之外的其它；

 

      上述三個參數(shù)的單位是nc（納庫），一般為幾nc到幾十nc；

 

       Rds（on）：導(dǎo)通內(nèi)阻，這個耐壓一定情況下，越小損耗；

 

       總的選型規(guī)則：Qgs、Qgd、Qg較小，Rds（on）也較小的管.

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