逆變器的場效應管工作于開關狀態,并且流過管子的電流很大,若管子選型不合適、驅動電壓幅度不夠大或電路的散熱不好,皆可導致場效應管發熱。
1、場效應管的選型不合適
逆變器中的場效應管工作于開關狀態,一般要求其漏極電流盡可能的大一些,導通電阻盡可能的小一些,這樣可以減小管子的飽和壓降,從而降低管耗,減小發熱量。
查閱場效應管手冊,我們會發現場效應管的耐壓值越高,其導通電阻就越大,而那些漏極電流大、耐壓值低的管子,它們的導通電阻一般都在數十毫歐以下。
假設圖1中的負載電流為5A,我們選用逆變器常用的場效應管RU75N08R(見上圖)和耐壓值為500V的IRF840皆可,它們的漏極電流皆>5A,但兩個管子的導通電阻不同,驅動相同的電流,它們的發熱量相差很大。RY75N08R的導通電阻只有0.008Ω,而IRF840的導通電阻為0.85Ω,在流過管子的負載電流皆為5A時,RY75N08R的管壓降只有0.04V,此時場效應管的管耗僅有0.2W,而IRF840的管壓降可達4.25W,管耗高達21.25W。由此可見,逆變器的場效應管的導通電阻越小越好,導通電阻大的管子,在大電流下管耗相當大。
2、驅動電路的驅動電壓幅度不夠大
場效應管是一種電壓控制器件,若想降低管耗,減小發熱量,場效應管柵極的驅動電壓的幅度應足夠大,并且驅動脈沖的邊沿要陡直,這樣皆可以減小管壓降,降低管耗。
3、場效應管散熱不好
由于逆變器的場效應管管耗較大,工作時一般要求要外接面積足夠大的散熱片,并且外接散熱片與場效應管自身散熱片之間應緊密接觸(一般要求涂抹導熱硅脂),若外接散熱片較小或與場效應管自身散熱片接觸不夠緊密,皆可導致管子發熱。通常情況下逆變器內部散熱的方式為以下幾點:
1)自然散熱,根據散熱窗口自然冷卻,適合小功率;
2)強制風冷,裝散熱風扇來進行風冷散熱,適合中功率;
3)強制液冷(包括水冷和油冷),適合于大功率。
選擇好散熱的方法就可以了。
4、電路設計的問題
讓MOS管工作在線性的工作狀態,而不是在開關電路狀態。它也是導致MOS管發熱的原因之一。若N-MOS做開關,G級電壓要比電源高幾V,才能完全導通,而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,因此U*I也增大,損耗就意味著發熱。這是設計電路中最忌諱的錯誤。
5、頻率過高
主要原因是有時過度追求體積,導致頻率提高,MOS管上的損耗大了,因此發熱也加大了。
場效應管發熱的解決方法
1、多鋪銅,增加散熱過孔。
2、貼散熱膠。通常采用散熱器加導熱硅膠的設計直接接觸散熱,如果MOS管外殼不能接地,可以采用絕緣墊片隔離后再用導熱硅脂散熱。也可以選用硅膠片,硅膠覆蓋MOS管,除了散熱還可以起到防止靜電損壞的作用。
3、重新設計電路,讓每個發熱體都能很好的散熱。