大功率電源MOS工作溫度確定之計算功率耗散

在電子電路設計中，散熱設計是非常重要的一項指標。但在很多設計環境下，空間的狹小程度限制了散熱功能設計與發揮。在大功率電源MOSFET當中這種情況尤其明顯。為了盡量控制熱量的產生，就必須對功率電源中MOSFET的功率耗散進行精密的計算，本文就將針對功率耗散的問題進行講解，對確定工作溫度步驟當中的第一步功率耗散進行介紹。

計算功率耗散

以CPU內核20A的電源設計為例，要確定一個MOSFET場效應管是否適于某一特定應用，需要對其功率耗散進行計算。

耗散主要包括阻抗耗散和開關耗散：PDDEVICETOTAL=PDRESISTIVE+PDSWITCHING

由于MOSFET的功率耗散很大程度上取決于其導通電阻(RDS(ON))，計算RDS(ON)看似是一個很好的著手之處。但MOSFET的導通電阻取決于結溫TJ。返過來，TJ又取決于MOSFET中的功率放大器耗散和MOSFET的熱阻。這樣，很難確定空間從何處著手。由于在功率耗散計算中的幾個條件相互依賴，確定其數值時需要迭代過程(圖1)。

這一過程從首先假設各MOSFET的結溫開始，同樣的過程對于每個MOSFET單獨進行。MOSFET的功率耗散和允許的環境溫度都要計算。

當允許的周圍溫度達到或略高于電源封裝內和其供電的電路所期望的最高溫度時結束。使計算的環境溫度盡可能高看似很誘人，但這通常不是一個好主意。這樣做將需要更昂貴的MOSFET、在MOSFET下面更多地使用銅片，或者通過更大或更快的風扇使空氣流動。所有這些都沒有任何保證。

在某種意義上，這一方案蒙受了一些“回退”。畢竟，環境溫度決定MOSFET的結溫，而不是其他途徑。但從假設結溫開始所需要的計算，比從假設環境溫度開始更易于實現。

對于開關MOSFET和同步整流器兩者，都是選擇作為此迭代過程開始點的最大允許裸片結溫(TJ(HOT))。大多數MOSFET數據參數頁只給出25°C的最大RDS(ON)，但近來有一些也提供了125°C的最大值。MOSFETRDS(ON)隨著溫度而提高，通常溫度系數在0.35%/°C至0.5%/°C的范圍內(圖2)。如果對此有所懷疑，可以采用更悲觀的溫度系數和MOSFET在25°C規格參數(或125°C的規格參數，如果有提供的話)計算所選擇的TJ(HOT)處的最大RDS(ON)：RDS(ON)HOT =RDS(ON)SPEC ×[1+0.005×]

其中，RDS(ON)SPEC為用于計算的MOSFET導通電阻，而TSPEC為得到RDS(ON)SPEC的溫度。如下描述，用計算得到的RDS(ON)HOT確定MOSFET和同步整流器的功率耗散。討論計算各MOSFET在假定裸片溫度的功率耗散的段落之后，是對完成此迭代過程所需其他步驟的描述。

大功率電源MOSFET的溫度確定較為復雜。需要多個步驟進行輔助，本文主要對其中的計算功率耗散部分進行了介紹，在之后的文章中，小編將為大家介紹其余步驟，希望大家能夠關注電源網的更多其它文章。