有段時候沒來論壇了，疫情反反復(fù)復(fù)的，公司開開停停，上班也跟著沒規(guī)律起來了。產(chǎn)品也做的斷斷續(xù)續(xù)，剛好有個MOS溫升的案子可以拿出來討論討論的。電子產(chǎn)品的使用需要用到電源，BUCK電源是常用的電路，這個就需要對MOS的功耗分析，無論是在電源芯片內(nèi)部的MOS還是外置MOS。這個MOS的溫升都可能是BUCK電路中最高溫升器件之一。這個產(chǎn)品使用一款TI的電源芯片,輸入50V，輸出24V/5A的設(shè)計；由于進(jìn)度，選擇的MOS管沒有仔細(xì)估算，使用的一個國產(chǎn)的MOS-NCEP026N10LL.打回的電路板溫升很高。由于下管MOS是ZVS開啟，開關(guān)損耗小。整個電路溫升最高的元器件是上管MOS，達(dá)到快MOS有200度；

當(dāng)然電路板的layout設(shè)計也有問題，沒有使用散熱片設(shè)計，在下次改板的時候，需要選擇一款合適的MOS管同時增加散熱片。在此也就MOS損耗的老生常談的問題，談一下自己這個項目設(shè)計中的一些感受；

先提供一下選型的MOS管的基本參數(shù)：

在這個帖子中，從三個資料來源來估算MOS的開關(guān)和導(dǎo)通損耗，進(jìn)而算出MOS的溫升，關(guān)于柵極電荷的損耗，占比較少，不做估算分析；

資料1-規(guī)格書：在這一版的電路設(shè)計，也是粗略估算了MOS的損耗，按照芯片的規(guī)格書給出的經(jīng)驗公式計算。根據(jù)規(guī)格書中的公式，知道MOS的柵極電荷和導(dǎo)通阻抗，就可以估算出損耗，

顯然按照規(guī)格書的經(jīng)驗方法得到的最終溫度才144攝氏度，是低于MOS管的極限溫度150度，而且理想的認(rèn)為規(guī)格書中的公式是留了buffer的，實際電路板的溫度估計更低，但是現(xiàn)實的殘酷的，實際電路板不僅沒有更低，反而更高了，達(dá)到了180度以上。雖然這個情況下，電路板還在工作，應(yīng)該時間長了，電路板就會由于溫度過高而熱保護的；所以規(guī)格書中的經(jīng)驗公式應(yīng)該是不能借用的，公式太簡化了，和實際電路的應(yīng)用情況相聚甚遠(yuǎn)的；

資料2-應(yīng)用手冊：現(xiàn)在發(fā)現(xiàn)了規(guī)格書中的經(jīng)驗公式不能借用，就需要更準(zhǔn)確的公式來估算MOS管的損耗，為下一次改版做依據(jù)的。經(jīng)過和TI的FAE溝通，他們推薦了<<An Accurate Approach for Calculating the Efficiency??of a Synchronous Buck Converter Using the MOSFET Plateau Voltage>>這個應(yīng)用手冊，讓我估算MOS管的損耗。這個手冊中計算MOS的開關(guān)損耗，不依據(jù)MOS的Datasheet中的上升時間tr和下降時間tf，而是根據(jù)實際電路中的參數(shù)計算tr和tf，這樣的計算方式會更加準(zhǔn)確；

因此根據(jù)這個手冊中的公式，將MOS的參數(shù)帶入進(jìn)行計算，在這個公式中，由于要使用Qgs2這個參數(shù)，國內(nèi)的MOS管供應(yīng)商資源不夠給力，他們表示只能提供Qgs，其他參數(shù)愛莫能助，甚至連spice模型參數(shù)也么有的。看來國產(chǎn)替代任重而道遠(yuǎn)的。因此在下面的Mathcad計算中，關(guān)于Qgs2的數(shù)值是一個估算，肯定是小于Qgs的，因此選擇了一個中間值計算的。最后得到的溫度是184度，貌似和實測的是一樣的。

資料3-經(jīng)驗分析：但是和一些資深電子工程師討論，他們提出，這個應(yīng)用手冊給出的公式也是過于理想的，實際在MOS開啟過程的大信號過程，Vds電壓是變化的，因此Ciss，Crss的電容容值是變化的，因此Qgd和Qgs是動態(tài)變化的，而不能應(yīng)用MOS管規(guī)格書中的定值用于計算。既然分析到這里了，那么就再做進(jìn)一步分析了。從MOS管規(guī)格書確實可以得到Ciss，Crss和Coss跟Vds的關(guān)系曲線，利用相關(guān)近似的曲線分析工具，可以得到Ciss，

Crss和Coss跟Vds的函數(shù)關(guān)系。

?

有了這個函數(shù)關(guān)系，就可以再做進(jìn)一步分析，計算在Vds動態(tài)變化過程中產(chǎn)生的損耗，下圖是利用Mathcad算到的損耗，和<<An Accurate Approach for Calculating the Efficiency??of a Synchronous Buck Converter Using the MOSFET Plateau Voltage>>應(yīng)用手冊中，上升時間tr產(chǎn)生的損耗機理是一樣的，下圖計算的Ptr=1.557W，應(yīng)用手冊中計算的Ptr=1.345W，兩者還是比較接近的。

接下來繼續(xù)計算了下降時間的損耗和導(dǎo)通損耗，最終得到的損耗是1.83W，也是很接近的。這種方法是通過積分的角度出發(fā)，計算整個開關(guān)周期Qgd和Qgs的變化，從而推出開關(guān)過程的損耗，相比資料1和資料2的公式，顯得復(fù)雜一些，得到的結(jié)果和資料2中很接近。可以下一個粗略的結(jié)論，資料2的公式是可以在做設(shè)計中借用，具有參考意義。畢竟TI的應(yīng)用手冊，也是經(jīng)過他們內(nèi)部專家的討論才釋放的。資料3的方法，顯得繁瑣，但是從電路的實際工作過程出發(fā)，比較符合實際工況。但是計算復(fù)雜，需要借用一些數(shù)學(xué)計算工具，比如Mathcad之類的。如果在產(chǎn)品設(shè)計中，需要快速估算分析，就使用資料2的公式。

有了以上的分析，馬上選用一個低Qgs的MOS管，快速rework驗證，溫度稍微下降了一點，接近10度。由于很難找到P2P的MOS，所以rework的驗證效果不好。

但通過資料2的計算公式指導(dǎo)，按照Ggs&Ggd＜40nC,Rg＜1Ω，Vth＜2V的參數(shù)選擇MOS管，可以把MOS管的功耗控制在2W以內(nèi)，相應(yīng)的溫升可以控制在130度以內(nèi)。寫這個帖子的時候，改版的電路板已經(jīng)發(fā)出，期待改進(jìn)的措施-改MOS，加散熱片，可以得到更低的功耗和溫升；寫這個帖子給大家做一個參考，做大功率的電源時候，選擇MOS最好提前做一個估算，這樣做出來的產(chǎn)品不至于反復(fù)。當(dāng)然做估算需要一個好的資料參考，這就需要多收集相關(guān)的應(yīng)用手冊，多比較，選擇一個最適合自己產(chǎn)品的資料做依據(jù)；
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作者：kk的回憶
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總結(jié)

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