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一粒金砂(中级)

关于NMOS的实际过流能力和导通后抗冲击电流的问题 [复制链接]

 

 各位道友:本人之前一直是做数字电路的,现在开始涉及一些模拟的知识,最近一直被MOS的问题困扰,请各位道友指点:

以威世的这颗NMOS为例:

image.png image.png

(1)它的实际过流能力是多少?很多片子写的都很大,比如这个片子ID(on)写的是120A,注释中有个规定是<300us的脉冲,那么实际电流是多少?

         我们经过实际的实验:感觉这个和Soa的曲线有关系,比如这个片子,给VGS>12V的情况下如果负载电流15A的时候长时间工作没有问题(芯片表面也是常温),如果慢慢把负载电流调整到18A则瞬间就会把锡都融化掉;这个似乎和这个SOA中的Limited by Rds(ON)这个曲线与纵坐标的交叉点有关系。这个持续电流到底怎么看?

(2)对于这个Limited by Rds(ON)曲线的疑惑:这个横坐标的vds我的理解是MOS导通后的电压,这个Vds越大,不是表示Rds(on)上消耗的功率会更大吗?怎么电流反而更大,按照理解应该是Vds越小,这个过的电流应该越大才对啊,这边真是困惑了

(3)以这个MOS为例,我们用作开关使用,当它完全导通的时候,如果后面来一个30a的冲击电流,这个MOS就会冲坏掉,但如果这个冲击电流在17A以下就不会有什么问题。那么这个SOA中的100us,1ms这些冲击脉冲的曲线难道都是给正在开启中的MOS用的,不适合在已经完全导通的MOS?完全导通后必须呀把后面可能的冲击电流脉冲控制在Limited by Rds(ON)这个斜线对于的VDS(完全导通时候的压差)下?       那那么多大电流的开关电源是如何做到这一点的?

 

我想这可能也是很多刚设计这个MOS设计的一些道友的困惑,请各位道兄给解惑一下,谢谢!

                                               

 

 

   

此帖出自模拟电子论坛

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这个MOS为例,我们用作开关使用,当它完全导通的时候,如果后面来一个30a的冲击电流,这个MOS就会冲坏掉,但如果这个冲击电流


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哈哈哈哈


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这个MOS为例,我们用作开关使用,当它完全导通的时候,如果后面来一个30a的冲击电流,这个MOS就会冲坏掉,但如果这个冲击电流,其实也不尽然


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『比如这个片子ID(on)写的是120A,注释中有个规定是<300us的脉冲,那么实际电流是多少?』

实际电流是由你的电源电压负载性质等等外部条件决定的,可能是1A,可能是2A……谁也不知道。

电流脉冲120A标注小于300us,这个300us是测试条件,120A是指满足测试条件时该管能够承受的最大电流。

电流脉冲过去后,必须经过很长时间才能够承受下一次电流冲击。如果脉冲电流持续时间大于300us,那么该管承受电流脉冲的能力还要减少。


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『给VGS>12V的情况下如果负载电流15A的时候长时间工作没有问题(芯片表面也是常温),如果慢慢把负载电流调整到18A则瞬间就会把锡都融化掉』

“瞬间” 就会熔化焊锡,这种情况非常不可能发生。恐怕你们测量数据有误。


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手册上标的都有测试条件

实际用有时要考虑结温,所以要降额,最大电流值等于MOS管标称最大的一半,实际选用的时候按三分之一,不超过一半保险。有时还有耐压、结电容等因素

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感谢大师的回复,你说的才是我问的第一个问题的答案: 我们也测试了ST的这个6Pin的NMOS;用在缓启动电路中,配合TI的TPS2491使用,在设置电子负载为20A的时候正常启动缓启动上电, 随着测试时间的推进,电子负  详情 回复 发表于 2021-9-13 15:58

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『(3)以这个MOS为例,我们用作开关使用……』

抱歉,这段我完全看不懂。

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[attachimg]562712[/attachimg] 对于第三个问题 ,如上图,用电池给一个大功率稳压电流供电,当电池打开的瞬间,由于电池给电源输入电容充电,冲击电流太大会导致电池进入过流保护 为了解决这个问题,在中间加  详情 回复 发表于 2021-9-13 16:17

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楼主的思维角度有问题,所以描述才显得混乱不堪。其实问题的关键不难理解,欧姆定律足矣。任何MOS管也包括双极晶体管承载电流能力的关键是温度,因为管子导通后依然有电阻,有电阻就会发热,而材料的耐热有限度,超出限度就会烧毁。发热温升是需要时间的,在给定环境条件时,电流越大则温升到极限耐受温度的时间越短,就楼主帖的例子120A下,300uS后的温升就到达极限了,这就是该参数的由来。那么最大的正常工作电流的定义就可以知道了,即在该电流下,管子的温升不会超出极限耐受温度,那就可以长期工作。

至于VDS和电流的关系,当然是二者呈正相关。管子的导通内阻确定,由欧姆定律可知,流过的电流越大则两端的压差越大。

关于楼主帖最后的问题,想明白我前面说的就不会有困惑,一定都在于温升,用欧姆定律思考。

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谢谢回复,这个经过你的讲解,确实是我想错了方向, 当MOS完全导通的时候,RDS(On)是一个定值(当然会随器件本身的温度升高而变大,这里先定性分析),电流增大,那么VDS=RDS(ON)*I   自然就增大了,只是  详情 回复 发表于 2021-9-13 16:02
个人签名上传了一些书籍资料,也许有你想要的:http://download.eeworld.com.cn/user/chunyang

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这个安全工作区曲线确实用来确定不同工况下电流大小的。对于你第二条,为什么随着Vds增大电流增大问题。实际这段是DC工作区,斜线部分就是Vds/Ron,

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maychang 发表于 2021-9-12 18:38 『比如这个片子ID(on)写的是120A,注释中有个规定是<300us的脉冲,那么实际电流是多少?』 实际电流 ...

我想问的是:在常温情况下,电压mos允许的最大电压范围内,假如不给MOS加散热片,VGS超过了芯片手册的VGS(th)的max值情况下,大家凭借自己的经验,一般这样的片子能最大通过多少电流(我知道有很多情况决定这个电流,我就想知道这种最普通的情况);   而不是你说的这个取决于我用1A还是2A。因为在设计之初一般都要先初步评估下这个MOS选的是不是合适。

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『一般这样的片子能最大通过多少电流(我知道有很多情况决定这个电流,我就想知道这种最普通的情况)』 其实,1楼贴出的管子说明书中通常会列出管芯到管壳的热阻,根据此热阻,已经可以计算你所要的最大连续电流  详情 回复 发表于 2021-9-13 16:31
『VGS超过了芯片手册的VGS(th)的max值情况下』 11楼这句话我不明白是什么意思,VGS(th)在1楼表格中标注最小2V,最大4V。如果你说的max值是指4V,那你的管子非烧不可。 注意看VGS(th)的测试条件:测试时  详情 回复 发表于 2021-9-13 16:24
11楼你给出的散热条件是没有散热片,管子充分导通。不知道你使用的管子是什么封装,如果是TO220封装,一般散热功率只能有1W,如果是TO247封装(比T220封装大)估计可以有2W(这就是11搂你所说的“凭借自己的经验&r  详情 回复 发表于 2021-9-13 16:16
上面说的是单个电流脉冲情况。如果是连续电流,电流所产生的热量必须与散发到空气中的热量达到平衡,即一段时间内电流所产生的热量与散失到环境中的热量相等。而热量从管芯流到环境中,靠的是从管芯到散热片再到环境  详情 回复 发表于 2021-9-13 16:10
单个电流脉冲,11楼已经给出散热条件:环境常温,不加散热片,MOS管充分导通(手册中写的是门极电压10V)。如果此时MOS管在很短时间内(手册中为300us)通过大电流,那么电流产生的热量不可能在如此之短的时间内散到空气  详情 回复 发表于 2021-9-13 16:04

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liyooduan 发表于 2021-9-13 15:32 我想问的是:在常温情况下,电压mos允许的最大电压范围内,假如不给MOS加散热片,VGS超过了芯片手册的VGS ...

9楼chunyang的回复,你应该好好看看。

 


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liyooduan 发表于 2021-9-13 15:32 我想问的是:在常温情况下,电压mos允许的最大电压范围内,假如不给MOS加散热片,VGS超过了芯片手册的VGS ...

1楼你问的是 “那么实际电流是多少?”实际电流和允许通过的电流可是两回事。

11楼你问的是 “在常温情况下,电压mos允许的最大电压范围内,假如不给MOS加散热片,VGS超过了芯片手册的VGS(th)的max值情况下……一般这样的片子能最大通过多少电流”

你要分清单个电流脉冲和多个电流脉冲以及连续电流多种情况。


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qwqwqw2088 发表于 2021-9-12 18:47 手册上标的都有测试条件 实际用有时要考虑结温,所以要降额,最大电流值等于MOS管标称最大的一半,实际 ...

感谢大师的回复,你说的才是我问的第一个问题的答案:

我们也测试了ST的这个6Pin的NMOS;用在缓启动电路中,配合TI的TPS2491使用,在设置电子负载为20A的时候正常启动缓启动上电,

随着测试时间的推进,电子负载的设置电流不变,而用电流钳测得的MOS的输入线上电流会慢慢增加,这个应该是MOS慢慢工作后Rds(on)慢慢变大的原因

大概测试了90分钟左右,电流钳显示这个电流增加到了22A,这种情况下瞬间就出现了MOS把焊盘上的锡融化,MOS烧毁的状态,而就在这个情况发生前MOS上用手摸并不太热

这种情况是稳定出现,我们用这种方法复现了三次

所以,这种情况下,难道这个20A已经就是他在不加散热器常温下的极限电流?

希望能帮忙释疑下

image.png

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chunyang 发表于 2021-9-12 20:00 楼主的思维角度有问题,所以描述才显得混乱不堪。其实问题的关键不难理解,欧姆定律足矣。任何MOS管也包括 ...

谢谢回复,这个经过你的讲解,确实是我想错了方向, 当MOS完全导通的时候,RDS(On)是一个定值(当然会随器件本身的温度升高而变大,这里先定性分析),电流增大,那么VDS=RDS(ON)*I   自然就增大了,只是这个VDS越大,在MOS上的功耗越大。


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liyooduan 发表于 2021-9-13 15:32 我想问的是:在常温情况下,电压mos允许的最大电压范围内,假如不给MOS加散热片,VGS超过了芯片手册的VGS ...

单个电流脉冲,11楼已经给出散热条件:环境常温,不加散热片,MOS管充分导通(手册中写的是门极电压10V)。如果此时MOS管在很短时间内(手册中为300us)通过大电流,那么电流产生的热量不可能在如此之短的时间内散到空气中或者散热片上,甚至连管壳表面都不可能有显著的温升。电流产生的热量只会使管芯的温度升高(物理上叫近似绝热过程)。说明书中标注的120A/300us,就是这么来的。


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liyooduan 发表于 2021-9-13 15:32 我想问的是:在常温情况下,电压mos允许的最大电压范围内,假如不给MOS加散热片,VGS超过了芯片手册的VGS ...

上面说的是单个电流脉冲情况。如果是连续电流,电流所产生的热量必须与散发到空气中的热量达到平衡,即一段时间内电流所产生的热量与散失到环境中的热量相等。而热量从管芯流到环境中,靠的是从管芯到散热片再到环境的导热能力。导热能力越强(例如,散热片很大),同样的管芯温度与环境温度之差,能够散失的热量就越多,允许通过的连续电流就越大(允许管芯产生热量的功率越大)。


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liyooduan 发表于 2021-9-13 15:32 我想问的是:在常温情况下,电压mos允许的最大电压范围内,假如不给MOS加散热片,VGS超过了芯片手册的VGS ...

11楼你给出的散热条件是没有散热片,管子充分导通。不知道你使用的管子是什么封装,如果是TO220封装,一般散热功率只能有1W,如果是TO247封装(比T220封装大)估计可以有2W(这就是11搂你所说的“凭借自己的经验”)。根据散热功率和MOS管导通电阻(1楼表格从下向上第二行)即可计算出最大连续电流。

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谢谢,这个封装功耗确实很实用,我就是想知道这样的数据,之前没有弄过这个MOS,真是很多东西要向你们学习请教  详情 回复 发表于 2021-9-13 16:20

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maychang 发表于 2021-9-12 18:47 『(3)以这个MOS为例,我们用作开关使用……』 抱歉,这段我完全看不懂。

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对于第三个问题 ,如上图,用电池给一个大功率稳压电流供电,当电池打开的瞬间,由于电池给电源输入电容充电,冲击电流太大会导致电池进入过流保护

为了解决这个问题,在中间加一个缓启动电路,通过缓启动后能够限制住电流,MOS正常完全导通。当把电源开关打开的时候,电源工作,如果后面的容性负载较大

会导致电源输入端出现冲击电流,瞬间会把MOS冲坏,如下图的SOA,当我们把后端的容性负载减小,打开电源的开关,把冲击电流控制在大概到20A左右的时候,MOS不会有问题

所以这个疑问是:当MOS完全导通的情况下,后面再次出现一个冲击电流,假如是1ms的一个冲击电流在80A,

那么此时,这个SOA横坐标的VDS应该是80A*RDS(on)这个值?还是之前稳定的导通的电流*RDS(on)?       我个人觉得是前者。

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『那么此时,这个SOA横坐标的VDS应该是80A*RDS(on)这个值?还是之前稳定的导通的电流*RDS(on)?       我个人觉得是前者。』 不是前者。 由RDS(on)计算出来的VDS,和漏极电流是同时发生  详情 回复 发表于 2021-9-13 19:33

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maychang 发表于 2021-9-13 16:16 11楼你给出的散热条件是没有散热片,管子充分导通。不知道你使用的管子是什么封装,如果是TO220封装,一 ...

谢谢,这个封装功耗确实很实用,我就是想知道这样的数据,之前没有弄过这个MOS,真是很多东西要向你们学习请教


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