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【討論】說說MOSFET那些事

發這個帖子之前,我糾結了很久……

論壇里面有很多的高手,對MOSFET的結構,驅動,選用,計算等等都開過專門的帖子講解與討論,比如水蜘蛛大師,sometimes版主等人,講解的非常的詳細,帖子的質量相當的高,我要是再選這個話題,感覺會有點班門弄斧之嫌。

但我平時工作接觸的工程師,以及接觸到的項目,發現他們有些人MOSFET的特性跟參數的理解,幾乎到了爐火純青的地步,也有對MOSFET一知半解的。跟他們接觸讓我學習到了很多的關于MOSFET的知識,也發現自己還有很多東西需要學習的,開這個帖子的目的也是跟大家分享經驗,并向大家學習……

 

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2012-10-24 22:18

首先,我提出一個問題,希望能起到拋磚引玉的作用。

開關電源中的MOSFET要怎么選擇?任何拓撲,任何散熱方式,封裝都可以!

電壓應力,電流應力,熱應力要如何選擇?并給出你的理由。

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2012-10-25 09:02
@心中有冰
首先,我提出一個問題,希望能起到拋磚引玉的作用。開關電源中的MOSFET要怎么選擇?任何拓撲,任何散熱方式,封裝都可以!電壓應力,電流應力,熱應力要如何選擇?并給出你的理由。
各位大俠,都來說說唄 
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IGBT2010
LV.8
4
2012-10-25 09:10
@心中有冰
首先,我提出一個問題,希望能起到拋磚引玉的作用。開關電源中的MOSFET要怎么選擇?任何拓撲,任何散熱方式,封裝都可以!電壓應力,電流應力,熱應力要如何選擇?并給出你的理由。
自帶板凳,坐等大俠們來講課!!!
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老梁頭
LV.10
5
2012-10-25 09:11
@心中有冰
首先,我提出一個問題,希望能起到拋磚引玉的作用。開關電源中的MOSFET要怎么選擇?任何拓撲,任何散熱方式,封裝都可以!電壓應力,電流應力,熱應力要如何選擇?并給出你的理由。

過來學習···

我先談下我個人的理解

1.電壓應力,要保證工作的安全的電壓范圍之內,包括VDS VGS,最好是降額使用,留有一定得余量。

2.電流應力,最起碼要先選擇大于你最大輸入電流的MOS,然后隨著溫度的升高,電流會越小,這個也需要降額使用,留有一定的余量。

3.熱應力,應該根據自己的實際使用來選擇你的散熱和封裝,比方功率了啥的,都是選擇的依據!

總結以下,這三個個人感覺相輔相成,互相聯系的。一般來說,你的管子的耐壓越高,電流越小,導通內阻越大,需要的散熱面越大,所以選擇封裝越大,反之亦然。

還有開關頻率得選擇,開關頻率越高,開關損耗越大,反之亦然。

所以要根據實際情況,在確定管子安全的情況下,盡量選擇耐壓低的,導通內阻小的,結電容小的。不對之處,請冰版指正···

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asouth
LV.8
6
2012-10-25 09:14
@老梁頭
過來學習···我先談下我個人的理解1.電壓應力,要保證工作的安全的電壓范圍之內,包括VDSVGS,最好是降額使用,留有一定得余量。2.電流應力,最起碼要先選擇大于你最大輸入電流的MOS,然后隨著溫度的升高,電流會越小,這個也需要降額使用,留有一定的余量。3.熱應力,應該根據自己的實際使用來選擇你的散熱和封裝,比方功率了啥的,都是選擇的依據!總結以下,這三個個人感覺相輔相成,互相聯系的。一般來說,你的管子的耐壓越高,電流越小,導通內阻越大,需要的散熱面越大,所以選擇封裝越大,反之亦然。還有開關頻率得選擇,開關頻率越高,開關損耗越大,反之亦然。所以要根據實際情況,在確定管子安全的情況下,盡量選擇耐壓低的,導通內阻小的,結電容小的。不對之處,請冰版指正···

好好學習下!

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2012-10-25 09:16
潛力火貼呀 
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2012-10-25 09:19
我也是搬板凳來,只學習不說話的 哈哈哈
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2012-10-25 09:29
@心中有冰
首先,我提出一個問題,希望能起到拋磚引玉的作用。開關電源中的MOSFET要怎么選擇?任何拓撲,任何散熱方式,封裝都可以!電壓應力,電流應力,熱應力要如何選擇?并給出你的理由。
同問,大功率情況下是怎么做的呢
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fly
10
2012-10-25 09:56
@心中有冰
首先,我提出一個問題,希望能起到拋磚引玉的作用。開關電源中的MOSFET要怎么選擇?任何拓撲,任何散熱方式,封裝都可以!電壓應力,電流應力,熱應力要如何選擇?并給出你的理由。

冰版,一上來就拋這么大個論題啊?

談談自己的一點看法,不對的地方還請多多指教。

首先,MOS為啥會壞??主要原因是其內部吸收的能量過大導致結溫超過了允許的溫度。所謂的過壓、過流無非都是表象。

對于穩態工作時的電壓應力,應低于額定電壓,根據使用情況確定降額的系數,要注意的是MOS的額定電壓是隨溫度降低而降低的。

對于電流,我個人認為只是個輔助參數,關鍵的是Rdson, 這個才是導致通態損耗的元兇。由于Rdson和電流一般存在負相關,所以習慣上看電流而已。

對于Rdson也并非越小越好,首先Rdson越小意味成本越高,并且通常情況下,Rdson和輸出電容容量也存在負相關。也就是通常Rdson小的MOS其輸出電容相對較大,這意味著同等情況下,通態損耗小的MOS,其開關損耗相對較大,應該根據電路情況進行折中選擇。

關于熱,這是導致MOS損壞的最本質的原因。關注最高允許結溫和散熱方式外,還要關注MOS的熱阻。有的MOS雖然電氣參數完全一樣,但熱阻有可能相差非常大。

MOS管的選擇是個很大的命題,各個參數間也互相牽制,實際中應該根據電路的實際情況折中選擇。


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2012-10-25 10:27
來遲了......
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冰上鴨子
LV.10
12
2012-10-25 10:46
@fly
冰版,一上來就拋這么大個論題啊?談談自己的一點看法,不對的地方還請多多指教。首先,MOS為啥會壞??主要原因是其內部吸收的能量過大導致結溫超過了允許的溫度。所謂的過壓、過流無非都是表象。對于穩態工作時的電壓應力,應低于額定電壓,根據使用情況確定降額的系數,要注意的是MOS的額定電壓是隨溫度降低而降低的。對于電流,我個人認為只是個輔助參數,關鍵的是Rdson,這個才是導致通態損耗的元兇。由于Rdson和電流一般存在負相關,所以習慣上看電流而已。對于Rdson也并非越小越好,首先Rdson越小意味成本越高,并且通常情況下,Rdson和輸出電容容量也存在負相關。也就是通常Rdson小的MOS其輸出電容相對較大,這意味著同等情況下,通態損耗小的MOS,其開關損耗相對較大,應該根據電路情況進行折中選擇。關于熱,這是導致MOS損壞的最本質的原因。關注最高允許結溫和散熱方式外,還要關注MOS的熱阻。有的MOS雖然電氣參數完全一樣,但熱阻有可能相差非常大。MOS管的選擇是個很大的命題,各個參數間也互相牽制,實際中應該根據電路的實際情況折中選擇。

對歸根結底到最后就是積溫,導致個參數性能下降導致損壞,所以需要考慮最惡劣溫度情況下的參數還需要留點余量。

補充一下,有些板子還需處理好MOSFE的焊盤間距以避免跳電,

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2012-10-25 11:09
先頂一個,好好學習!
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pangjihao
LV.10
14
2012-10-25 15:40
@fly
冰版,一上來就拋這么大個論題啊?談談自己的一點看法,不對的地方還請多多指教。首先,MOS為啥會壞??主要原因是其內部吸收的能量過大導致結溫超過了允許的溫度。所謂的過壓、過流無非都是表象。對于穩態工作時的電壓應力,應低于額定電壓,根據使用情況確定降額的系數,要注意的是MOS的額定電壓是隨溫度降低而降低的。對于電流,我個人認為只是個輔助參數,關鍵的是Rdson,這個才是導致通態損耗的元兇。由于Rdson和電流一般存在負相關,所以習慣上看電流而已。對于Rdson也并非越小越好,首先Rdson越小意味成本越高,并且通常情況下,Rdson和輸出電容容量也存在負相關。也就是通常Rdson小的MOS其輸出電容相對較大,這意味著同等情況下,通態損耗小的MOS,其開關損耗相對較大,應該根據電路情況進行折中選擇。關于熱,這是導致MOS損壞的最本質的原因。關注最高允許結溫和散熱方式外,還要關注MOS的熱阻。有的MOS雖然電氣參數完全一樣,但熱阻有可能相差非常大。MOS管的選擇是個很大的命題,各個參數間也互相牽制,實際中應該根據電路的實際情況折中選擇。

支持!電壓的選擇大家都了解的,,選擇MOS管的Rdson和結電容才是最重要,一個是開關損耗一個是導通損耗,對于驅動能力弱的IC時要注意到這一點。

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pangjihao
LV.10
15
2012-10-25 15:50
@pangjihao
支持!電壓的選擇大家都了解的,[圖片],選擇MOS管的Rdson和結電容才是最重要,一個是開關損耗一個是導通損耗,對于驅動能力弱的IC時要注意到這一點。

還有一點就是選擇MOS管時很多時候會出現以電流選擇為參考,工作電流是30A,我選擇個60A的MOS管就成,往往會造成溫升很高。

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冰上鴨子
LV.10
16
2012-10-25 16:01
@pangjihao
支持!電壓的選擇大家都了解的,[圖片],選擇MOS管的Rdson和結電容才是最重要,一個是開關損耗一個是導通損耗,對于驅動能力弱的IC時要注意到這一點。

也就是看帶載時的驅動波形吧

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qi8903
LV.6
17
2012-10-25 16:10
@ymyangyong
先頂一個,好好學習[圖片]!

頂啊,不怎么明白一個1A的MOS管在100度以上那個電流會掉那么多連一半都沒

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10227
LV.7
18
2012-10-25 16:36
@qi8903
頂啊,不怎么明白一個1A的MOS管在100度以上那個電流會掉那么多連一半都沒

是指Id?

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老梁頭
LV.10
19
2012-10-25 17:02
@qi8903
頂啊,不怎么明白一個1A的MOS管在100度以上那個電流會掉那么多連一半都沒
MOS內阻是正溫度系數的···
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10227
LV.7
20
2012-10-25 17:09
@老梁頭
MOS內阻是正溫度系數的···

特性曲線清楚說明此點.

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bode
LV.9
21
2012-10-25 18:04
@fly
冰版,一上來就拋這么大個論題啊?談談自己的一點看法,不對的地方還請多多指教。首先,MOS為啥會壞??主要原因是其內部吸收的能量過大導致結溫超過了允許的溫度。所謂的過壓、過流無非都是表象。對于穩態工作時的電壓應力,應低于額定電壓,根據使用情況確定降額的系數,要注意的是MOS的額定電壓是隨溫度降低而降低的。對于電流,我個人認為只是個輔助參數,關鍵的是Rdson,這個才是導致通態損耗的元兇。由于Rdson和電流一般存在負相關,所以習慣上看電流而已。對于Rdson也并非越小越好,首先Rdson越小意味成本越高,并且通常情況下,Rdson和輸出電容容量也存在負相關。也就是通常Rdson小的MOS其輸出電容相對較大,這意味著同等情況下,通態損耗小的MOS,其開關損耗相對較大,應該根據電路情況進行折中選擇。關于熱,這是導致MOS損壞的最本質的原因。關注最高允許結溫和散熱方式外,還要關注MOS的熱阻。有的MOS雖然電氣參數完全一樣,但熱阻有可能相差非常大。MOS管的選擇是個很大的命題,各個參數間也互相牽制,實際中應該根據電路的實際情況折中選擇。
場效應管的電流參數有兩種方式,一種是脈沖電流,一種是平均電流,這兩個參數是不一樣的。
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2012-10-25 20:16
@老梁頭
過來學習···我先談下我個人的理解1.電壓應力,要保證工作的安全的電壓范圍之內,包括VDSVGS,最好是降額使用,留有一定得余量。2.電流應力,最起碼要先選擇大于你最大輸入電流的MOS,然后隨著溫度的升高,電流會越小,這個也需要降額使用,留有一定的余量。3.熱應力,應該根據自己的實際使用來選擇你的散熱和封裝,比方功率了啥的,都是選擇的依據!總結以下,這三個個人感覺相輔相成,互相聯系的。一般來說,你的管子的耐壓越高,電流越小,導通內阻越大,需要的散熱面越大,所以選擇封裝越大,反之亦然。還有開關頻率得選擇,開關頻率越高,開關損耗越大,反之亦然。所以要根據實際情況,在確定管子安全的情況下,盡量選擇耐壓低的,導通內阻小的,結電容小的。不對之處,請冰版指正···

梁版說的非常全面

但我想把這個帖子討論得更深入一些,可以在這個基礎上更深入

比如電壓應力,尖峰電壓(單次脈沖,重復脈沖)要怎樣考慮,計算開關損耗的時候哦,電壓應該怎么去計算等等!

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2012-10-25 20:20
@fly
冰版,一上來就拋這么大個論題啊?談談自己的一點看法,不對的地方還請多多指教。首先,MOS為啥會壞??主要原因是其內部吸收的能量過大導致結溫超過了允許的溫度。所謂的過壓、過流無非都是表象。對于穩態工作時的電壓應力,應低于額定電壓,根據使用情況確定降額的系數,要注意的是MOS的額定電壓是隨溫度降低而降低的。對于電流,我個人認為只是個輔助參數,關鍵的是Rdson,這個才是導致通態損耗的元兇。由于Rdson和電流一般存在負相關,所以習慣上看電流而已。對于Rdson也并非越小越好,首先Rdson越小意味成本越高,并且通常情況下,Rdson和輸出電容容量也存在負相關。也就是通常Rdson小的MOS其輸出電容相對較大,這意味著同等情況下,通態損耗小的MOS,其開關損耗相對較大,應該根據電路情況進行折中選擇。關于熱,這是導致MOS損壞的最本質的原因。關注最高允許結溫和散熱方式外,還要關注MOS的熱阻。有的MOS雖然電氣參數完全一樣,但熱阻有可能相差非常大。MOS管的選擇是個很大的命題,各個參數間也互相牽制,實際中應該根據電路的實際情況折中選擇。

fly版主道出了MOSFET的真諦!

其實MOSFET的所有損壞機理最終都表現在熱擊穿!過壓,過流,過熱等最終的破壞機理都是結溫積累過快,無法將瞬間產生的巨大能量散發出去!

后續我將提供一些不同損壞原因的MOSFET剖切圖給大家看看!

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2012-10-25 20:21
@老梁頭
MOS內阻是正溫度系數的···
這個并不是正溫度系數的原因,而是結溫限制的原因.
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2012-10-25 20:26
@老梁頭
MOS內阻是正溫度系數的···

當然,從器件本身特性的角度來說,梁版主說的完全正確,下圖是Infineon 的號稱41mR的MOSFET,看看隨溫度的變化情況!

120度的內阻是25度是的兩倍了! 所以大家計算損耗的時候,要以實際結溫(或估計的結溫)去查MOSFET的內阻,然后用這個內阻去計算損耗!

sometimes從應用的角度給出的解釋也是正確的!因為不管你的內阻如何變化,變大還是變小,只要流過1A的電流所產生的結溫在允許范圍之內的話,那么就是可靠的!

但實際情況是由于期間本身的內阻增大,導致流過1A的電流結溫會超標,所以我們認為其允許流過的電流就降低了,這也就是17樓的樓主疑惑的原因。

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2012-10-25 20:35
@pangjihao
還有一點就是選擇MOS管時很多時候會出現以電流選擇為參考,工作電流是30A,我選擇個60A的MOS管就成,往往會造成溫升很高。

是的,MOSFET的選擇一般不單純的考慮到Rdson,還有一個很重要的參數Qg!

后面聽我慢慢道來!

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老梁頭
LV.10
27
2012-10-25 21:22
@心中有冰
當然,從器件本身特性的角度來說,梁版主說的完全正確,下圖是Infineon的號稱41mR的MOSFET,看看隨溫度的變化情況![圖片]120度的內阻是25度是的兩倍了!所以大家計算損耗的時候,要以實際結溫(或估計的結溫)去查MOSFET的內阻,然后用這個內阻去計算損耗!sometimes從應用的角度給出的解釋也是正確的!因為不管你的內阻如何變化,變大還是變小,只要流過1A的電流所產生的結溫在允許范圍之內的話,那么就是可靠的!但實際情況是由于期間本身的內阻增大,導致流過1A的電流結溫會超標,所以我們認為其允許流過的電流就降低了,這也就是17樓的樓主疑惑的原因。
期待冰版的大作···
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老梁頭
LV.10
28
2012-10-25 21:24
@sometimes
這個并不是正溫度系數的原因,而是結溫限制的原因.
你的內阻大了,過相同的電流結溫肯定會超,會炸MOS的,所以只能把電流往小的調,才保證你的結溫不超···油老師對不?
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2012-10-25 21:28
@老梁頭
期待冰版的大作···
呵呵,這個是個討論帖,大家可以相互提問,然后可以發表各自對問題的看法,這樣每個人才都有收獲
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老梁頭
LV.10
30
2012-10-25 21:38
@心中有冰
呵呵,這個是個討論帖,大家可以相互提問,然后可以發表各自對問題的看法,這樣每個人才都有收獲
還有你說的Qg應該是米勒電容,那個對開關損耗影響很大,我記得做過個試驗!
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2012-10-25 22:00
@老梁頭
還有你說的Qg應該是米勒電容,那個對開關損耗影響很大,我記得做過個試驗!

Qg不是電容,它是驅動MOSFET所需要的總電荷量,表征的是驅動MOSFET需要的電流能力

米勒電容又叫穿越電容,就是MOSFET的D,G之間的電容Cgd,通常也寫作Crss,這個對驅動的開關損耗確實有很大關系

Qg跟Crss有很大的關系,這個放在后面做深入討論

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