大功率电源中MOSFET热设计
MOSFET功率开关器件的散热计算
MOSFET功率开关器件的散热计算MOSFET（金属-氧化物-半导体场效应晶体管）是一种常用的功率开关器件，用于调节和控制电子电路中的功率输出。
在工作过程中，MOSFET 会产生一定的功耗，这会导致器件升温，为了保证器件的正常工作，需要进行散热计算。
散热计算的目的是确定器件的热阻和最大工作温度，以便选择适当的散热方式，以及确定散热器的大小和材料。
首先，我们需要了解MOSFET的功耗，计算器件的热阻和最大工作温度。
1.功耗计算：-静态功耗是指器件处于稳态工作时的功耗，主要是由电流引起的导通压降和漏极电流引起的静态功耗。
-动态功耗是指在开关过程中，由于MOSFET开关速度造成的功耗。
静态功耗可以通过电流和导通压降计算得出，动态功耗则需要根据MOSFET的开关速度和应用场景来进行估算。
一般来说，静态功耗较小，可以忽略不计，因此我们主要关注动态功耗。
2.热阻计算：热阻由两个组成部分构成：导热阻（junction-to-case thermal resistance）和散热阻（case-to-ambient thermal resistance）。
-导热阻是指热量从MOSFET结到器件封装外壳的传导阻力。
-散热阻是指热量从器件封装外壳传递到周围环境的散热阻力。
导热阻可以通过器件手册或厂商提供的数据手册来获得，散热阻可以通过热量传导理论和计算公式来估算。
3.最大工作温度：最大工作温度可以通过器件手册或厂商提供的数据手册来获得。
有了以上的基础知识，我们可以按照以下步骤进行MOSFET的散热计算：1.根据应用场景和数据手册提供的参数，计算出MOSFET的功耗。
2.根据功耗计算出MOSFET的热阻（包括导热阻和散热阻）。
3.确定最大工作温度，通常根据数据手册提供的温度参数来确定。
4.根据最大工作温度和热阻，计算出器件离开环境的温度差。
5.根据热耗的温度差和功耗，计算出散热器的尺寸和材料。
需要注意的是，散热计算是一个非常复杂的过程，涉及到多方面的因素，包括器件的封装类型、散热器的设计和材料选择等。
电源管理应用中的功率MOSFET的热分析方法
电源管理应用中的功率MOSFET的热分析方法作者：Kandarp PandyaVishay Siliconix公司电子系统的小型化趋势对电子产业产生了一系列重要影响，其中，合理的热设计和优化的重要性与日俱增。
现在的手持设备和便携式系统可以实现很高的功率重量比，其好处包括节省材料和降低总体成本。
但是小型化是有代价的，尤其是对热管理而言。
从一个紧凑的系统把热量散发出去，要比在大系统中完成此项任务的设计难度更大，这要求所有的系统设计师都对功率半导体器件的热行为有一定的了解。
在很多系统中，MOSFET是核心的功率管理器件，而且MOSFET还容易受到各种应力的影响，因此了解功率MOSFET的发热行为显得尤其重要。
虽然在理论上可以用通用热分析软件来了解功率MOSFET的热行为，还是需要一定程度的器件专业知识，而除了MOSFET制造商自己，其他人对这些知识知之甚少。
基于RC网络的行为模型是不够的，因为难以保持边界条件的独立性，也难于把不同层次的模型组合到一起。
二维或半维仿真也有同样的局限，只有三维模型才可行。
系统设计师需要的是专用软件，要求有功率建模功能，而不是供非专业用户使用的非常简单的软件。
当然根据它们各自的应用领域，这些工具的先进功能只能在封装、PCB级别发挥出来，或者是在外壳级别，但肯定不是在所有的级别。
ANSYS和其他有限元分析工具在分析MOSFET热行为时相当有效，但是需要很复杂的专业知识，而且它们的功能也要比应用所需的功能要多很多。
这种多功能的工具不仅仅只是用来解决某类问题，例如电子、传热和机械问题。
然而，软件的复杂程度使得只有专家才能使用这种建模功能。
Flopack、Flotherm、Icepak和ISE等专用工具的好处是简化了创建模型和组合的过程。
在使用功率MOSFET时，系统级设计师需要了解这些器件的实际三维状况。
MOSFET制造商拥有所有这些信息，但是如果把这些信息全部公开，就相当于公布了很多知识产权和技术秘密。
MOSFET电路的热管理
MOSFET电路的热管理一、引言MOSFET（金属氧化物半导体场效应晶体管）在现代电子设备中起着至关重要的作用。
然而，由于MOSFET器件在工作过程中会产生大量的热量，如何有效管理和散热这些热量成为了电路设计中的重要问题。
本文将着重探讨MOSFET电路的热管理策略，以确保电路的稳定性和长期可靠性。
二、MOSFET热量产生原因MOSFET在工作时会有一定的导通电流通过，导通电流通过MOSFET器件时会产生一定的功耗，这部分功耗会转化为热量在器件内部积累。
当功耗过大或者散热不良时，器件温度将会升高，严重时甚至会损坏MOSFET。
因此，要保证MOSFET器件在安全的工作温度下运行，就需要有效的热管理措施。
三、常见的热管理方法1. 冷却风扇：在MOSFET周围设置散热风扇，通过风扇的风冷效果来降低器件的温度。
这种方法适用于功率较大的MOSFET电路。
2. 散热片：将散热片直接固定在MOSFET器件上，增大表面积以提高散热效果。
散热片通常选用高导热材料制成，如铜、铝等。
3. 热导管：使用热导管将MOSFET器件与散热片连接起来，利用热导性材料快速传输器件产生的热量，提高散热效果。
4. 合理布局：在电路设计阶段就考虑到器件之间的热量传递问题，合理布局电路板和器件的位置，避免热量堆积导致局部过热。
四、热管理策略的选择与应用在实际的电路设计中，需要根据MOSFET器件的功耗、工作环境和散热需求等因素来选择合适的热管理策略。
通常情况下，可以综合使用多种方法来提高散热效果，确保器件在安全范围内工作。
此外，在热管理中也要考虑到器件的寿命和稳定性，避免由于过热导致器件性能下降或损坏的情况发生。
五、结论MOSFET电路的热管理对于电路的稳定性和可靠性至关重要。
有效的热管理措施可以降低器件温度，延长器件的寿命，并且提高电路的性能。
在实际应用中，设计师需要根据具体情况选择适合的热管理策略，并且在电路设计的初期就考虑到热量的管理问题，以确保整个电路系统的稳定运行。
mosfet开关电源中随时间发热曲线
mosfet开关电源中随时间发热曲线
【实用版】
目录
1.MOSFET 开关电源简介
2.MOSFET 开关电源的发热原理
3.随时间变化的发热曲线
4.结论
正文
一、MOSFET 开关电源简介
MOSFET（金属 - 氧化物 - 半导体场效应晶体管）开关电源，是一种采用 MOSFET 作为开关元件的直流 - 直流转换器。
其具有高效率、低输出电压纹波和较小的体积等优点，在各种电子设备中得到了广泛应用。
二、MOSFET 开关电源的发热原理
MOSFET 在开关状态下工作，由于存在导通和断开的过程，会在器件中产生热量。
MOSFET 的开关速度越快，发热量越大。
同时，MOSFET 的电流越大，发热量也越大。
因此，在设计 MOSFET 开关电源时，需要考虑器件的散热问题。
三、随时间变化的发热曲线
为了研究 MOSFET 开关电源的发热特性，需要绘制随时间变化的发热曲线。
发热曲线可以通过实验测量得到，也可以通过仿真计算得到。
发热曲线可以帮助我们了解 MOSFET 在不同时间内的发热情况，从而指导我们设计合适的散热系统。
四、结论
MOSFET 开关电源在高效工作的同时，也会产生较大的热量。
因此，
在设计 MOSFET 开关电源时，需要充分考虑器件的散热问题，以保证电源的稳定工作和长寿命。
大功率直流开关电源设计
大功率直流开关电源设计一、引言直流开关电源是一种广泛应用于通信、工业控制和电子设备等领域的电源，其特点是稳定性好、效率高、体积小、重量轻等优点。
本文将介绍大功率直流开关电源的设计过程，包括电源选型、拓扑结构、控制策略和保护电路等内容。
二、电源选型大功率直流开关电源的选型关键是选择合适的功率器件和电源拓扑结构。
功率器件一般选择IGBT或MOSFET，这两种器件都具有开关速度快、功耗低、温升低等特点。
电源拓扑结构可选用单路、多路或多路并联等形式，具体选择要根据实际需求和成本考虑。
三、拓扑结构常见的大功率直流开关电源拓扑结构有Boost、Buck、Buck-Boost、Cuk等。
Boost结构适合于电源输出电压高于输入电压的情况；Buck结构适合于电源输出电压低于输入电压的情况；Buck-Boost结构适合于电源输出电压既可以高于也可以低于输入电压的情况；Cuk结构适合于对输出电流要求较高的情况。
根据实际需求选择合适的拓扑结构。
四、控制策略大功率直流开关电源的控制策略一般采用PWM（脉宽调制）技术。
PWM技术通过调节开关管的导通时间和截止时间来控制输出电压。
在设计过程中需要考虑到输出稳定性、响应速度和抗干扰等因素，选择合适的PWM控制策略。
五、保护电路为了保护电源和加载电路安全可靠工作，大功率直流开关电源设计中需要考虑各种保护电路。
常见的保护电路包括过压保护、欠压保护、过流保护、过温保护等。
通过合理设计和配置相应保护电路，可以降低故障风险，提高系统可靠性。
六、性能要求大功率直流开关电源设计中需要满足一定的性能要求，如输出电压稳定性、效率、负载能力等。
输出电压稳定性要求越高时，需要采用更精确的控制策略和更优秀的器件；效率越高时，要选择低损耗的器件和优化设计；负载能力要求越高时，需考虑电路稳定性、散热设计等因素。
七、设计实例以下是一个大功率直流开关电源的设计实例：1.选型：-功率器件：采用IGBT，因其开关速度快，适合高频开关模式。
MOS管热设计及发热分析详解
MOS管热设计及发热分析详解MOS管热设计，发热分析MOS管作为半导体领域最基础的器件之一，无论是在IC设计里，还是板级电路应用上，都十分广泛，尤其在大功率半导体领域。
然而大功率逆变器MOS管，工作的时候，发热量非常大，如果MOS管散热效果不好，温度过高就可能导致MOS管的烧毁，进而可能导致整个电路板的损毁。
MOS管的热设计避免MOS因为器件发热而造成的损坏，需要做好足够的散热设计。
若通过增加散热器和电路板的长度来供所有MOS管散热，这样就会增加机箱的体积，同时这种散热结构，风量发散，散热效果不好。
有些大功率逆变器MOS管会安装通风纸来散热，但安装很麻烦。
所以MOS管对散热的要求很高，散热条件分为最低和最高，即在运行中的散热情况的上下浮动范围。
一般在选购的时候通常采用最差的散热条件为标准，这样在使用的时候就可以留出最大的安全余量，即使在高温中也能确保系统的正常运行。
做好MOS管的热设计，需要足够的散热片以及导热绝缘硅胶垫片才能实现。
mos散热片是一种给电器中的易发热电子元件散热的装置，多由铝合金，黄铜或青铜做成板状，片状，多片状等，如电脑中CPU 中央处理器要使用相当大的散热片，电视机中电源管，行管，功放器中的功放管都要使用散热片。
通常采用散热片加导热绝缘硅胶的设计直接接触散热，如果MOS 管外壳不能接地，可以采用绝缘垫片隔离后再用导热硅脂散热。
也可以选用硅胶片覆盖MOS管，除了散热还可以起到防止电损的作用。
整个散热体系能使元器件发出的热量更有效地传导到散热片上，再经散热片散发到周围空气中去，使得器件的稳定性得到保障。
热设计之分析MOS管是电路设计中比较常见的器件，经常用在多种开关电路或者防反电路中，电流值从几个mA到几十个A。
来看看热方面的知识。
1、当MOSFET完全导通时，将产生I2RDS（on）的功率损耗2、I2RDS（on）的功率损耗将在器件内部或者外部产生温升3、MOSFET器件可能因温度过高而损坏一般MOSFET的结点温度都要保持在175°C以下，贴片MOSFET 的PCB的温度限值是120°C，由于 MOSFET 器件和焊接 PCB 处之间热耦合紧密，所以我们可以认为TPCB ≈ Tj，那么安全工作温度的上限将不再是 MOSFET的结点温度，而是 PCB 的温度（120 ℃）。
一种大功率可调开关电源的设计方案
一种大功率可调开关电源的设计方案设计方案：大功率可调开关电源一、引言在现代电子设备中，大功率可调开关电源被广泛应用于各种场合，如工业自动化设备、通信设备等。
本文旨在设计一种大功率可调开关电源，满足高效率、稳定性和可调性的需求。
二、电源拓扑结构选择在设计大功率可调开关电源时，选择合适的电源拓扑结构是关键。
常见的拓扑结构有单相桥式、全桥式、半桥式等。
鉴于本设计要求大功率输出，采用半桥式拓扑结构。
三、开关功率器件选取在选择开关功率器件时，需要考虑其导通电阻、开关速度以及工作温度等因素。
本设计选取高性能的MOSFET作为开关功率器件，具有低导通电阻、快速开关速度和良好的热耐受性。
四、控制电路设计为了实现大功率可调输出，需要设计合适的控制电路。
控制电路主要包括反馈信号采集、控制信号产生和保护电路等。
1.反馈信号采集：采用外部反馈电路监测输出电压和电流，并将反馈信号送至控制电路。
2.控制信号产生：采用PWM（脉宽调制）技术产生控制信号，通过对开关器件的开关时间比进行调节，实现输出电压的调节。
3.保护电路：为了确保开关电源的稳定性和可靠性，需要设计过压保护、过流保护以及温度保护等保护电路。
五、过渡过程优化设计由于大功率可调开关电源在输出电流和电压的调整过程中，容易出现过渡过程中的不稳定情况，需要进行优化设计。
1.输出滤波电路：采用适当设计的LC滤波电路，在输出端滤除高频噪声和谐波，确保输出电压和电流的稳定性。
2.脉宽调制优化：通过对控制信号的优化，减少输出电压和电流调节过程中的波动。
3.反馈控制算法：采用先进的控制算法，如PID控制算法，提高输出电压和电流的稳定性。
六、输出电路保护设计在大功率可调开关电源设计中，保护电路的设计尤为重要。
常见的保护功能包括过压保护、过流保护、过温保护等。
1.过压保护：通过监测输出电压，当输出电压超过预设范围时，立即切断开关器件，以防止输出负载受损。
2.过流保护：通过监测输出电流，当输出电流超过预设范围时，立即切断开关器件，以避免开关器件和输出负载过载。
功率MOSFET的介绍
功率MOSFET的介绍功率 MOSFET（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor）是一种常用的功率开关器件，适用于各种高频和高电压开关电路中。
它是一种基于MOSFET技术的强大的半导体器件，能够在高电压和高电流条件下进行可靠的开关。
本文将对功率 MOSFET 进行详细介绍。
功率MOSFET是一种特殊的金属氧化物半导体场效应晶体管，其主要特点是具有低导通电阻和高击穿电压。
它的主要结构由N型或P型衬底、金属氧化物介质层、栅极、漏极和源极等组成。
在正常工作时，栅极电压通过氧化物层控制通道的导通状态，并影响漏极电流的大小。
功率MOSFET有两种类型：N沟道MOSFET和P沟道MOSFET。
N沟道MOSFET中，衬底为P型，控制栅极电压为正电压时，沿着N型沟道方向，电子从源极流向漏极，形成导通。
对于P沟道MOSFET来说，衬底为N型，控制栅极电压为负电压时，沿着P型沟道方向，空乏区消失，形成导通。
1.低导通电阻：功率MOSFET的导通电阻非常低，可达到几个毫欧姆，这意味着非常小的功率损耗和低热量产生。
2.高击穿电压：功率MOSFET可以工作在较高的电压范围内，从几十伏到几千伏都有。
这使得它非常适合在高压和高电流环境下使用。
3.快速开关速度：功率MOSFET能够实现非常快速的开关速度，这对于高频率应用非常重要。
它不仅能够提高开关效率，还能够减少电路的响应时间。
4.良好的热特性：功率MOSFET在高功率应用中通常会产生大量的热量。
因此，它需要具有良好的散热性能，以确保设备的稳定性和可靠性。
5.可靠性和耐久性：功率MOSFET能够长时间工作在高温和高电流条件下而不损坏。
这是由于其设计和材料的优化，使其具有较高的可靠性和耐久性。
虽然功率MOSFET在各种应用中都具有重要作用，但同时也有一些限制。
例如，功率MOSFET的成本通常较高，故在一些低功率应用中往往会选择其他更经济的晶体管。
功率MOSFET功耗计算指南
功率MOSFET功耗计算指南功率MOSFET是便携式设备中大功率开关电源的主要组成部分。
此外，对于散热量极低的笔记本电脑来说，这些MOSFET是最难确定的元件。
本文给出了计算MOSFET功耗以及确定其工作温度的步骤，并通过多相、同步整流、降压型CPU核电源中一个30A单相的分布计算示例，详细说明了上述概念。
也许，今天的便携式电源设计者所面临的最严峻挑战就是为当今的高性能CPU提供电源。
CPU的电源电流最近每两年就翻一番。
事实上，今天的便携式核电源电流需求会高达60A或更多，电压介于0.9V和1.75V之间。
但是，尽管电流需求在稳步增长，留给电源的空间却并没有增加—这个现实已达到了热设计的极限甚至超出。
如此高电流的电源通常被分割为两个或更多相，每一相提供15A 到30A。
这种方式使元件的选择更容易。
例如，一个60A电源变成了两个30A电源。
但是，这种方法并没有额外增加板上空间，对于热设计方面的挑战基本上没有多大帮助。
在设计大电流电源时，MOSFET是最难确定的元件。
这一点在笔记本电脑中尤其显著，这样的环境中，散热器、风扇、热管和其它散热手段通常都留给了CPU。
这样，电源设计常常要面临狭小的空间、静止的气流以及来自于附近其它元件的热量等不利因素的挑战。
而且，除了电源下面少量的印制板铜膜外，没有任何其它手段可以用来协助耗散功率。
在挑选MOSFET时，首先是要选择有足够的电流处理能力，并具有足够的散热通道的器件。
最后还要量化地考虑必要的热耗和保证足够的散热路径。
本文将一步一步地说明如何计算这些MOSFET的功率耗散，并确定它们的工作温度。
然后，通过分析一个多相、同步整流、降压型CPU核电源中某一个30A单相的设计实例，进一步阐明这些概念。
计算MOSFET的耗散功率为了确定一个MOSFET是否适合于某特定应用，你必须计算一下其功率耗散，它主要包含阻性和开关损耗两部分：PDDEVICETOTAL=PDRESISTIVE+PDSWITCHING由于MOSFET的功率耗散很大程度上依赖于它的导通电阻(RDS(ON))，计算RDS(ON)看上去是一个很好的出发点。
mosfet 大功率场效应管
mosfet 大功率场效应管
MOSFET（金属氧化物半导体场效应晶体管）是一种主要用于放大和开关电路的半导体器件。
在大功率应用中，通常会使用大功率场效应管（High-Power MOSFET）来满足高功率要求。
以下是有关大功率场效应管的一些关键特点和应用：
1.功率特性：大功率场效应管通常设计用于处理较高的功率水平。
它们具有较低的导通电阻和能够在高电流下工作的特性。
2.低导通电阻：大功率MOSFET 的导通电阻相对较低，这有助
于减小功率损耗，提高效率。
3.散热要求：由于在高功率应用中产生的热量较多，大功率场效
应管通常需要有效的散热系统来确保器件工作在适当的温度范
围内。
4.开关速度：大功率MOSFET 通常需要具有较快的开关速度，
以适应高频率的开关应用。
5.应用领域：大功率场效应管广泛应用于高功率放大器、开关电
源、电机驱动、逆变器等领域，其中需要处理较大功率的电路。
6.低电源电压：一些大功率场效应管设计用于在低电源电压下工
作，这在一些便携式电子设备或低电压系统中非常有用。
7.多种型号：大功率场效应管有许多不同的型号和规格，以满足
各种应用的需求。
选择适当型号需要考虑电流、电压、功率损
耗和工作环境等因素。
在使用大功率场效应管时，需要仔细考虑器件的特性和工作条件，
以确保它能够稳定可靠地工作，并满足特定应用的需求。
MOSFET的设计与损耗计算
MOSFET的设计与损耗计算MOSFET（金属-氧化物-半导体场效应晶体管）是一种最常用的功率开关器件，广泛应用于电子设备和电力电子系统中。
MOSFET的设计和损耗计算是确保器件正常工作和提高系统效率的重要步骤。
本文将详细介绍MOSFET的设计和损耗计算。
一、MOSFET的设计1.选择合适的MOSFET型号：根据应用需求，选择具有合适电压和电流能力的MOSFET。
常见的参数包括漏源电压VDS、漏流电流ID、开关时间等。
此外，还应考虑MOSFET的导通电阻和关断电压等参数。
2. 确定工作温度：MOSFET的温度特性会影响其性能和可靠性。
因此，需要确定MOSFET在实际工作条件下的最大温度。
通常，MOSFET的最大结温（Tjmax）是一个关键参数。
3.选择散热器：根据MOSFET的功率损耗和最大结温，选择合适的散热器来保持器件温度在安全范围内。
散热器的选择应考虑散热能力、尺寸和成本等因素。
4.确定驱动电路：MOSFET需要驱动电路来控制其导通和关断。
驱动电路应具有足够的电流和电压能力，并能提供适当的信号波形。
常见的驱动电路包括晶体管驱动器和集成电路驱动器。
5.进行电流和功率计算：根据应用需求，计算MOSFET的电流和功率。
电流计算需要考虑导通电阻和开关时间，而功率计算则需要考虑导通和关断过程中的损耗。
二、MOSFET的损耗计算1.导通损耗：MOSFET在导通状态下会有导通电阻的损耗。
导通损耗可以通过以下公式计算：Pcond = I^2 * RDS(on)其中，Pcond为导通损耗，I为电流，RDS(on)为导通电阻。
2.关断损耗：MOSFET在关断状态下会有开关过程中的损耗。
关断损耗可以通过以下公式计算：Psw = 0.5 * VDS * ID * f其中，Psw为关断损耗，VDS为漏源电压，ID为漏流电流，f为开关频率。
3.开关损耗：开关损耗是指MOSFET在开关过程中由于导通和关断之间的过渡所引起的能量损耗。
100千赫MOSFET感应加热电源的电路设计
100千赫MOSFET感应加热电源的电路设计摘要——本文关注的是一个匹配电路设计，该电路为并联谐振感应加热负载提供的全桥电流反馈MOSFET逆变器。
电路的工作原理进行分析，并介绍一种滤波器，用于抑制在寄生电感和漏源电容之间振荡，同时也指明了如何对过滤器组件进行选择。
I. 简述感应加热技术具有广泛的应用，使用的电源频率从50赫兹到几兆赫。
感应加热电源的功率水平和工作频率范围关系显示于图1。
图1、感应加热电源应用的功率大小和工作频率的关系近年来，在静态技术的进步所带来的发展，电动交流发电机，磁电倍频器被更有效和更便宜的晶闸管逆变器所替代。
晶闸管逆变器现已运用于频率为50千赫以上的场合中，电子管振荡器电源在感应加热应用中仍然占主导地位功率MOSFET的出现，导致了高频率的静态电源飞速发展，将成为电子管振荡器未来的取代产品[3]。
功率MOSFET的高频性能、驱动功率低的特性，可并联相对比较容易产生高功率的单位。
但是，如果要开关损耗最小化，晶体管必须具备快速切换率，并且当设备于高功率单元并联时，可以对最小寄生电感取得实际有效的限制。
以上两个因素造成电感产生电压尖峰，电感和漏源电容之间产生额外的振荡，这是关键问题所在。
如果要生产出优秀成功的晶体管感应加热电源，理解振荡产生原因，掌握并发展减少静态电路不利影响的方法是至关重要的。
II.逆变器的工作运行MOSFET只有少量的功率损耗（一个500- V 8A 的MOSFET通常为60瓦），这样一矩形开关配置必须具备快速切换时间，由此才能有较低的开关损耗。
图2所示的是想并联谐振感应加热负载提供的全桥电流反馈逆变器的电路结构。
流经储能电路的iL的电流波形如图3所示。
储能电路具有高Q值，因此它两端的电压波形近视为正弦，每个MOSFET两端的电压也应该是一个理想的对应的半正弦波。
对iL波形可以用傅里叶级数表示：（Where—其中）当所有开关接通时，重叠期间必须防止阻塞器开路。
大功率mosfet模块
大功率mosfet模块
大功率MOSFET模块是一种用于控制和调节大电流的电子器件。
MOSFET（金属氧化物半导体场效应晶体管）是一种主要用于功率放大和开关控制的半导体器件。
大功率MOSFET模块通常由一个或多个MOSFET晶体管、驱动电路、散热器和其他辅助电路组成。
这些模块通常用于需要高效能、高速开关和高频率操作的应用中，比如变频器、电力电子设备、电动车辆驱动系统等。
大功率MOSFET模块的设计考虑到了高电流和高电压的要求，通常能够承受数十安培甚至数百安培的电流，并且能够耐受数百伏甚至数千伏的电压。
这些模块还具有较低的导通电阻和较小的开关损耗，以确保高效能的工作。
在实际应用中，大功率MOSFET模块的选择应该考虑到所需的电流和电压能力、开关速度、热管理需求以及对EMI（电磁干扰）的抑制能力等因素。
此外，对于高功率应用，散热设计也是至关重要的，以确保模块能够在高负载下稳定工作并且不会过热损坏。
总的来说，大功率MOSFET模块在现代电子和电力系统中扮演着
重要的角色，其设计和选择需要综合考虑多个因素，以满足特定应用的要求。
采用大功率MOSFET管功率放大器模块的热设计
采用大功率MOSFET管功率放大器模块的热设计夏立新(中国人民解放军第六九零九工厂设计所，江苏昆山215300)xialx6909摘要：主要阐述了采用大功率MOSFET管功率放大器热设计的原则、方法和步骤，结合具体的工程应用，介绍了多种冷却降温措施，重点突出了散热器的理论计算过程。
关键词：冷却；大功率；热设计；步骤；过程；措施某功放拟采用国际最新功率器件——场效应晶体管(MOSFET)作为高频功率放大器件。
功放的主要包括若干500W功放模块，50V160A开关电源等部分，采用模块化设计。
本文论述的重点是单个放大器模块的热设计过程。
1热设计的原则1.1热设计必须与电气设计、结构设计同时进行，相互兼顾；热控制系统的分析、计算，应与模拟试验相结合；所设计的热控制系统，应具有充分的应变能力；热控制系统，应是结构简单、可靠，工艺成熟易行，具有较好的经济性；所设计的热控制系统，应符合相关的规范、标准和指导性文件的规定。
1.2热设计就是围绕着最大安全温度进行设计。
最安全温度是根据功放单机的可靠性指标，按照可靠性理论来选取。
将整机的可靠性指标按照应力分析法分配到放大器的元器件，根据使用状况最恶劣的元器件（在该功放中是功率管）所允许的失效率确定元器件的许用结温[T j]，作为元器件的最大安全温度。
2分析整机结构输出功率为500W功放模块主要由功率放大单元、功率分配器、功率合成器、散热器、模块控制板等组成。
效率不低于30%，要求能在+55℃的高温环境下正常工作。
由于电子设备热设计的因素很多，在热设计计算过程中，我们应该抓住其主要矛盾，因此作出如下假设：●热负荷均匀分部在散热器上；●功率器件到功率模块的底板，模块的底板到散热器均为一维稳态导热。
冷却方式是根据质量因素热耗体积密度来选择。
还需要考虑的典型因素有：热阻、重量、维护要求或维修性、可靠性、费用、制造容差、热效能、效率或有效系数、环境适应性、环保、尺寸、复杂性、功耗及对设备电性能的影响。
电子设计中的MOSFET功率放大器设计
电子设计中的MOSFET功率放大器设计MOSFET功率放大器是电子设计中常用的一种放大器电路，可以在电子设备中起到放大信号的作用。
MOSFET功率放大器设计的关键是选择合适的MOSFET管型、工作点和电路参数，以达到最佳的放大效果。
首先，在MOSFET功率放大器设计中，选择合适的MOSFET管型至关重要。
常用的MOSFET管型有增强型MOSFET和耗尽型MOSFET。
增强型MOSFET具有较高的输入电阻、低的开关损耗和快速的开关速度，适合用于功率放大器设计。
而耗尽型MOSFET则适合用于低功耗设计。
在选择MOSFET管型时，需要根据具体的设计要求和信号特性来进行选择。
其次，在MOSFET功率放大器设计中，确定合适的工作点也是至关重要的一步。
工作点是指MOSFET管的电流电压工作状态，通过调整工作点可以使MOSFET管在最佳的工作状态下发挥功率放大器的性能。
通常可以通过稳定直流工作点和优化交流工作点来设计出性能稳定且放大效果良好的功率放大器。
另外，在MOSFET功率放大器设计过程中，需要注意电路参数的选择。
例如输入阻抗、输出阻抗、增益、带宽等参数都会影响功率放大器的性能。
合理选择这些参数可以使功率放大器在工作时具有稳定的放大效果和较低的失真。
此外，需要注意功率放大器的稳定性和抗干扰能力，以确保电路在各种工作条件下都能正常工作。
最后，在实际设计中，可以通过仿真软件对功率放大器的设计进行模拟和优化，以便更好地了解电路的性能和参数。
在仿真过程中可以不断调整电路参数，寻找最佳的设计方案，从而提高功率放大器的性能。
总而言之，MOSFET功率放大器设计是电子设计中的重要部分，合理选择MOSFET管型、工作点和电路参数可以设计出具有稳定性能和良好放大效果的功率放大器。
通过不断的优化和仿真，可以不断提高功率放大器的设计水平，满足不同应用场景的需求。
大功率晶体管热学设计探讨
大功率晶体管热学设计探讨摘要：通过对大功率晶体管结构的分析，发现热量不仅仅集中在集电极处，在发射结及高阻区也会产生大量的热量，导致大功率晶体管结构内部的温度分布非常的不均匀（特别是高频大功率晶体管），使得局部之间温差较大，因此在产品设计时，需要增大芯片的发射极周长及增加热补偿垫片，可避免电流过于集中及加速热量的传导，以减小大功率晶体管失效的几率。
关键词：内热阻R；基区电阻自偏压；热补偿垫片ti1.大功率晶体管热阻分析大功率晶体管安装结构示意图如图1所示，图1 大功率晶体管安装结构示意图有分为三部分：通过图1可知，大功率晶体管热阻Rt1.表达；电流由集电极结流过芯片后到达金属管座产生的热量，用Rti2.金属管壳将传递到外部散热器，用R表达；tc3.外部散热器将热量传导到外部介质中（外部介质如空气、水、油等），用Rto表达。
因此大功率晶体管热阻Rt可用下式表达：Rt =Rti+Rtc+Rto对于大功率晶体管来说，Rti设计最为关键，能直接影响产品的热学性能、可靠性、稳定性。
而Rti设计又可分为2部分，芯片设计和芯片焊接设计。
1.大功率晶体管芯片设计大功率晶体管通常是在大耗散功率下工作的，由于工作电压及电流的变化，其耗散功率也随之变化，因为大功率晶体管耗散功率与温度不是线性关系，因此会出现管子温度急速改变的情况，这样不仅会引发管子参数的变化，也会引起管子内部产生较大的机械应力，最终导致产品失效。
对于小功率晶体管来说，工作于小电压或小电流时，流经集电极的电流分布是均匀的；大功率晶体管工作在大电流状态下时，在集电极结处形成不均匀的电流分布，究其原因是：当晶体管管芯结面积在一定范围内时，电流和结面积存在一定的线性关系，当结面积扩大到一定程度后，电流随结面积扩大而增大的趋势将减缓或者不再增加，其原因是由于基区电阻自偏压存在，当很大的基极电流流过基区时，将产生平行于发射结和集电极的横向电压，这个横向压降沿着远离基区的方向升高，从而使实际加在发射结上的正向偏压沿着远离基极的方向减小，导致发射区向基区注入的载流子主要集中在发射结边缘，从而造成集电极结处形成不均匀的电流分布。
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电源工程师指南：大功率电源中MOSFET功耗的计算摘要：功率MOSFET是便携式设备功率开关电源的主要组成部分。
此外，对于散热量极低的笔记本电脑来说，这些MOSFET是最难确定的元件。
本文给出了计算MOSFET功耗以及确定其工作温度的步骤，并通过多相、同步整流、降压型CPU核电源中一个30A单相的分布计算示例，详细说明了上述概念。
也许，今天的便携式电源设计者所面临的最严峻挑战就是为当今的高性能CPU提供电源。
CPU的电源电流最近每两年就翻一番。
事实上，今天的便携式核电源电流需求会高达60A或更多，电压介于0.9V和1.75V之间。
但是，尽管电流需求在稳步增长，留给电源的空间却并没有增加—这个现实已达到了热设计的极限甚至超出。
如此高电流的电源通常被分割为两个或更多相，每一相提供15A到30A。
这种方式使元件的选择更容易。
例如，一个60A电源变成了两个30A电源。
但是，这种方法并没有额外增加板上空间，对于热设计方面的挑战基本上没有多大帮助。
在设计大电流电源时，MOSFET是最难确定的元件。
这一点在笔记本电脑中尤其显著，这样的环境中，散热器、风扇、热管和其它散热手段通常都留给了CPU。
这样，电源设计常常要面临狭小的空间、静止的气流以及来自于附近其它元件的热量等不利因素的挑战。
而且，除了电源下面少量的印.制板铜膜外，没有任何其它手段可以用来协助耗散功率。
在挑选MOSFET时，首先是要选择有足够的电流处理能力，并具有足够的散热通道的器件。
最后还要量化地考虑必要的热耗和保证足够的散热路径。
本文将一步一步地说明如何计算这些MOSFET的功率耗散，并确定它们的工作温度。
然后，通过分析一个多相、同步整流、降压型CPU核电源中某一个30A单相的设计实例，进一步阐明这些概念。
计算MOSFET的耗散功率为了确定一个MOSFET是否适合于某特定应用，你必须计算一下其功率耗散，它主要包含阻性和开关损耗两部分：PD DEVICE TOTAL = PD RESISTIVE + PD SWITCHING由于MOSFET的功率耗散很大程度上依赖于它的导通电阻(R DS(ON))，计算R DS(ON)看上去是一个很好的出发点。
但是MOSFET的R DS(ON)与它的结温(T J)有关。
话说回来，T J又依赖于MOSFET的功率耗散以及MOSFET的热阻(ΘJA)。
这样，似乎很难找到一个着眼点。
由于功率耗散的计算涉及到若干个相互依赖的因素，我们可以采用一种迭代过程获得我们所需要的结果(图1)。
.图1. 该流程图展示了选择各MOSFET (同步整流器和开关MOSFET)的迭代过程。
在这个过程中，各MOSFET的结温为假设值，两个MOSFET的功率耗散和允许环境温度通过计算得出。
当允许的环境温度达到或略高于我们所期望的机箱最高温度时(机箱安装了电源及其所驱动的电路)，这个过程就.结束了。
迭代过程始于为每个MOSFET假定一个结温，然后，计算每个MOSFET各自的功率耗散和允许的环境温度。
当允许的环境气温达到或略高于电源及其所驱动的电路所在的机壳的期望最高温度时，这个过程便结束了。
有些人总试图使这个计算所得的环境温度尽可能高，但通常这并不是一个好主意。
这样作就要求采用更昂贵的MOSFET，在MOSFET下铺设更多的铜膜，或者要求采用一个更大、更快速的风扇产生气流—所有这些都不是我们所期望的。
从某种意义上讲，先假定一个MOSFET结温，然后再计算环境温度，这是一种逆向的考虑方法。
毕竟环境温度决定了MOSFET的结温—而不是相反。
不过，从一个假定的结温开始计算要比从环境温度开始容易一些。
对于开关MOSFET和同步整流器，我们可以选择一个最大允许的管芯结温(T J(HOT))作为迭代过程的出发点。
多数MOSFET的数据资料只规定了+25°C下的最大R DS(ON)，不过最近有些MOSFET文档也给出了+125°C下的最大值。
MOSFET的R DS(ON)随着温度而增加，典型温度系数在0.35%/°C至0.5%/°C之间(图2)。
.图2. 典型功率MOSFET的导通电阻的温度系数在0.35%每度(绿线)至0.5%每度(红线)之间如果拿不准，可以用一个较差的温度系数和MOSFET的+25°C规格(或+125°C规格，如果有的话)近似估算在选定的T J(HOT)下的最大R DS(ON)：R DS(ON)HOT = R DS(ON)SPEC[1 + 0.005 × (T J(HOT) - T SPEC)]其中，R DS(ON)SPEC是计算所用的MOSFET导通电阻，T SPEC是规定R DS(ON)SPEC时的温度。
利用计算出的R DS(ON)HOT，可以确定同步整流器和开关MOSFET的功率消耗，具体做法如下所述。
在下面的章节中，我们将讨论如何计算各个MOSFET在给定的管芯温度下的功率消耗，以及完成迭代过程的后续步骤(整个过程详述于图1)。
.同步整流器的功耗除最轻负载以外，各种情况下同步整流器MOSFET的漏-源电压在打开和关闭过程中都会被续流二极管钳位。
因此，同步整流器几乎没有开关损耗，它的功率消耗很容易计算。
只需要考虑阻性损耗即可。
最坏情况下的损耗发生在同步整流器工作在最大占空比时，也就是当输入电压达到最大时。
利用同步整流器的R DS(ON)HOT和工作占空比，通过欧姆定律，我们可以近似计算出它的功率消耗：PD SYNCHRONOUS RECTIFIER = [I LOAD² × R DS(ON)HOT] × [1 - (V OUT/V INMAX)]开关MOSFET的功耗.开关MOSFET的阻性损耗计算和同步整流器非常相似，也要利用它的占空比(不同于前者)和R DS(ON)HOT：PD RESISTIVE = [I LOAD² × R DS(ON)HOT] × (V OUT/V IN)开关MOSFET的开关损耗计算起来比较困难，因为它依赖于许多难以量化并且通常没有规格的因素，这些因素同时影响到打开和关闭过程。
我们可以首先用以下粗略的近似公式对某个MOSFET进行评价，然后通过实验对其性能进行验证：PD SWITCHING = (C RSS× V IN² × f SW× I LOAD)/I GATE其中C RSS是MOSFET的反向传输电容(数据资料中的一个参数)，f SW为开关频率，I GATE是MOSFET的栅极驱动器在MOSFET处于临界导通(V GS位于栅极充电曲线的平坦区域)时的吸收/源出电流。
一旦基于成本因素将选择围缩小到了特定的某一代MOSFET (不同代MOSFET 的成本差别很大)，我们就可以在这一代的器件中找到一个能够使功率耗散最小的器件。
这个器件应该具有均衡的阻性和开关损耗。
使用更小(更快)的MOSFET所增加的阻性损耗将超过它在开关损耗方面的降低，而更大(R DS(ON)更低) 的器件所增加的开关损耗将超过它对于阻性损耗的降低。
.如果V IN是变化的，需要在V IN(MAX)和V IN(MIN)下分别计算开关MOSFET的功率耗散。
MOSFET功率耗散的最坏情况可能会出现在最低或最高输入电压下。
该耗散功率是两种因素之和：在V IN(MIN)时达到最高的阻性耗散(占空比较高)，以及在V IN(MAX)时达到最高的开关损耗(由于V IN²项的缘故)。
一个好的选择应该在V IN的两种极端情况下具有大致相同的耗散，并且在整个V IN围保持均衡的阻性和开关损耗。
如果损耗在V IN(MIN)时明显高出，则阻性损耗起主导作用。
这种情况下，可以考虑用一个更大一点的开关MOSFET (或将一个以上的多个管子相并联)以降低R DS(ON)。
但如果在V IN(MAX)时损耗显著高出，则应该考虑降低开关MOSFET的尺寸(如果是多管并联的话，或者去掉一个MOSFET)，以便使其开关速度更快一点。
如果阻性和开关损耗已达平衡，但总功耗仍然过高，有多种办法可以解决：•改变问题的定义。
例如，重新定义输入电压围。
•改变开关频率以便降低开关损耗，有可能使用更大一点的、R DS(ON)更低的开关MOSFET。
•增加栅极驱动电流，有可能降低开关损耗。
MOSFET自身的部栅极电阻最终限制了栅极驱动电流，实际上限制了这种方法的有效性。
•采用一个改进技术的MOSFET，以便同时获得更快的开关速度、更低的R DS(ON)和更低的栅极电阻。
.脱离某个给定的条件对MOSFET的尺寸作更精细的调整是不大可能的，因为器件的选择围是有限的。
选择的底线是MOSFET在最坏情况下的功耗必须能够被耗散掉。
热阻下一步是要计算每个MOSFET周围的环境温度，在这个温度下，MOSFET结温将达到我们的假定值(按照前面图1所示的迭代过程，确定合适的MOSFET 来作为同步整流器和开关MOSFET)。
为此，首先需要确定每个MOSFET结到环境的热阻(ΘJA)。
热阻的估算可能会比较困难。
单一器件在一个简单PCB上的ΘJA测算相对容易一些，而要在一个系统去预测实际电源的热性能是很困难的，那里有许多热源在争夺有限的散热通道。
如果有多个MOSFET被并联使用，其整体热阻的计算方法，和计算两个以上并联电阻的等效电阻一样。
我们可以从MOSFET的ΘJA规格开始。
对于单一管芯、8引脚封装的MOSFET来讲，ΘJA通常接近于62°C/W。
其他类型的封装，有些带有散热片或裸露的导热片，其热阻一般会在40°C/W至50°C/W (表1)。
表1. MOSFET封装的典型热阻.PackageθJA(°C/W)Minimum Footprint θJA(°C/W)1in2 of 2ozCopperθJA(°C/W)SOT-23 (thermally enhanced) 270 200 75 SOT-89 160 70 35 SOT-23 110 45 15 µMAX-8/Micro8(thermally enhanced)160 70 35 TSSOP-8 200 100 45 SO-8(thermally enhanced)125 62.5 25 D-PAK 110 50 3 D2-PAK 70 40 2.注：同样封装类型的不同器件，以及不同制造商出品的相似封装的热阻各不相同，和封装的机械特性、管芯尺寸和安装及绑定方法有关。
需仔细考虑MOSFET数据资料中的热信息。
可以用下面的公式计算MOSFET的管芯相对于环境的温升：T J(RISE) = PD DEVICE TOTAL× ΘJA接下来，计算导致管芯达到预定T J(HOT)时的环境温度：T AMBIENT = T J(HOT) - T J(RISE)如果计算出的T AMBIENT低于机壳的最大额定环境温度(意味着机壳的最大额定环境温度将导致MOSFET的预定T J(HOT)被突破)，必须采用下列一条或更多措施：•升高预定的T J(HOT)，但不要超出数据手册规定的最大值。