錢(qián)曉東 張翠云

摘 ?要：介紹了一種PMOSFET耗散功率的理論估算方法，采用前級(jí)推挽式逆變器為實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，完成熱阻實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。結(jié)果表明，該估算方法與實(shí)際測(cè)試結(jié)果接近，為設(shè)計(jì)散熱片提供了理論依據(jù)，加快了產(chǎn)品開(kāi)發(fā)進(jìn)度，具有較好的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。

關(guān)鍵詞：PMOSFET;耗散功率;推挽;熱阻;散熱片

中圖分類號(hào)：TM46 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A ? ? ? ? 文章編號(hào)：2095-2945（2020）24-0023-03

Abstract： A theoretical evaluation method of power dissipation for PMOSFET is introduced， and an experimental verification of thermal resistance is completed by using the front-stage push-pull inverter as the experimental platform. The end results show that the theoretical evaluation method is approximate to result of the experimental verification. This method provides a theoretical basis for designing heat sinks and can also speed up product development which has a better application value.

Keywords： PMOSFET; power dissipation; push-pull; thermal resistance; heat sink

1 概述

PMOSFET內(nèi)部含有許多PN結(jié)，PN結(jié)的性能與溫度密切相關(guān)，且存在最高允許結(jié)溫。實(shí)際應(yīng)用時(shí)，PMOSFET存在損耗將導(dǎo)致器件發(fā)熱，若熱量不及時(shí)散發(fā)出去，內(nèi)部PN結(jié)溫度將會(huì)升高，甚至?xí)^(guò)最高允許溫度，最終導(dǎo)致器件損壞[1]。因此，為了使PMOSFET能正常工作，必須對(duì)其設(shè)計(jì)合適的散熱片，以降低其內(nèi)部PN結(jié)溫度。隨著對(duì)產(chǎn)品的要求越來(lái)越高，如功率增大、體積和重量縮小、成本減小等，散熱片的設(shè)計(jì)顯得尤為重要。依靠經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)散熱片的弊端也越來(lái)越突出，甚至?xí)绊懏a(chǎn)品開(kāi)發(fā)進(jìn)度。因此，為了設(shè)計(jì)合適的散熱片，需要盡可能準(zhǔn)確地知道PMOSFET的耗散功率，以便利用熱阻的概念來(lái)設(shè)計(jì)與其相匹配的散熱片[2]。本文提出一種PMOSFET耗散功率的估算方法，并介紹了熱阻實(shí)驗(yàn)原理，最后以前級(jí)推挽式逆變器為實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，對(duì)PMOSFET的耗散功率進(jìn)行了實(shí)測(cè)驗(yàn)證。

2 PMOSFET耗散功率的估算

PMOSFET作為常用的電力電子器件，應(yīng)用范圍非常廣泛，下面以典型的推挽電路（如圖1所示）為例，介紹PMOSFET耗散功率的估算方法。

4 實(shí)例驗(yàn)證

以前級(jí)推挽式逆變器為實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，進(jìn)行PMOSFET耗散功率實(shí)例驗(yàn)證，整機(jī)電路拓?fù)淙鐖D4所示。并取與試驗(yàn)平臺(tái)所用管子和散熱片相同的試驗(yàn)對(duì)象用于Q的計(jì)算，試驗(yàn)過(guò)程中還用到溫升線、溫升記錄儀、直流源、電壓探棒、電流探棒、示波器、萬(wàn)用表、交流負(fù)載箱等。

以12V電壓輸入等級(jí)進(jìn)行試驗(yàn)，負(fù)載量調(diào)整至額定負(fù)載量的105%且長(zhǎng)期運(yùn)行，并使輸入電壓調(diào)至8V（輸入電壓越小，電流越大，損耗亦越大）。溫升記錄儀實(shí)時(shí)記錄管子殼溫以及機(jī)箱內(nèi)環(huán)境溫度，并多次測(cè)量取其平均值。

實(shí)際測(cè)得PMOSFET的熱阻大約為9.9，管子殼溫大約為82.8℃，機(jī)箱內(nèi)環(huán)境溫度大約為30.6℃，于是可得實(shí)測(cè)管子耗散功率約為5.3W，而通過(guò)估算得到的管子耗散功率大約為6.6W。實(shí)際測(cè)到與估算得出的結(jié)果雖有差異，但是相差不大，基本可以認(rèn)為該估算方法有效，能夠?yàn)镻MOSFET耗散功率的估算以及后續(xù)散熱片的設(shè)計(jì)提供較為可靠的依據(jù)。

5 結(jié)束語(yǔ)

本文介紹了PMOSFET耗散功率的估算方法以及根據(jù)熱阻實(shí)驗(yàn)原理進(jìn)行耗散功率的測(cè)試方法，最后以前級(jí)推挽式逆變器為實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，進(jìn)行了實(shí)際測(cè)試，最終得出該估算方法相比實(shí)際驗(yàn)證結(jié)果雖有差異，但是基本滿足要求，能夠?yàn)樯崞脑O(shè)計(jì)提供依據(jù)，且有助于加快產(chǎn)品開(kāi)發(fā)進(jìn)度，有助于提高產(chǎn)品開(kāi)發(fā)成功率，具有較好的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。后續(xù)需要繼續(xù)完善理論計(jì)算方法，提高精確度。

參考文獻(xiàn)：

[1]王兆安.電力電子技術(shù)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2010.

[2]陳銘，吳昊.功率器件熱阻測(cè)試方法發(fā)展與應(yīng)用[J].集成電路應(yīng)用，2016（08）：34-38.

[3]黃菲菲.功率變換器中Power_MOSFET功率損耗的數(shù)學(xué)分析及計(jì)算[J].煤礦機(jī)電，2012（01）：59-61+66.

[4]廖艷孝.多相同步DC_DC_Buck轉(zhuǎn)換器功率損耗分析[J].農(nóng)業(yè)裝備與車輛工程，2018，56（10）：32-36.

[5]王斌.梯度放大器中MOSFET器件功率損耗分析[J].電源學(xué)報(bào)，2013（01）：39-44.

[6]楊玉崗，李濤，寧浩軒，等.雙向DC/DC變換器輕載損耗和效率最優(yōu)化分析[J].電源技術(shù)，2015，39（11）：2527-2530.