其中: TJ 为MOSFET的结点温度,TC为MOSFET的表面温度,
RTHJC为MOSFET的热阻。
由上式可知,对于一个确定的系统来说,要想降低MOSFET的结点温度,有以下几种途径:⑴ 选择具有较低RDS(ON)和较低RTHJC的MOSFET。⑵ 设置合适的MOSFET关断速度,尽量使开关损耗最小。⑶ 尽量减小主回路的引线电感。因为在每一次关断过程中,回路引线电感中的能量都将被MOSFET吸收。
MOSFET的选择要点
从应用角度看,影响MOSFET可靠性的因素主要有以下几方面:⑴ MOSFET的结点温度,过高的结点温度会影响MOSFET的可靠性,使MOSFET提前失效。⑵ MOSFET漏极上的电压尖峰如果超过其雪崩击穿电压,则MOSFET也会提前失效。因此,我们必须选择合适的MOSFET设计电动工具驱动电路。例如,自钳位MOSFET - AOT500,其采用先进的沟道(Trench)工艺设计生产,导通电阻最大值仅为5.3毫欧,且其带有VDS电压自钳位功能,非常适合电动工具设计应用。
图3:自钳位MOSFET
(a) AOT500外观图; (b) AOT500内部结构
自钳位MOSFET的漏栅极间集成了一只齐纳二极管,如图3所示。当漏极电压大于钳位电压时,漏栅极间稳压二极管里会流过很小的电流,通过栅极电阻产生电压降,当电压降大于MOSFET开启电压VTH时,MOSFET会打开并将漏极电压钳位,确保MOSFET不会处于雪崩状态。图4(a)和4(b)是分别使用非钳位MOSFET和钳位MOSFET在电动工具系统中所测得的波形,如果使用非钳位MOSFET,则最高点压可达72V,MOSFET有可能处于雪崩状态,这种情况下最好使用高耐压的MOSFET。使用AOT500则电压被钳位在40V,系统中的尖峰明显减少,大大提高了系统的可靠性。
图4: MOSFET的VDS波形
(a) 使用非钳位MOSFET; (b) 使用钳位MOSFET
图5为AOT500在电动工具中的堵转试验时间对比,可以看出,AOT500能承受的堵转时间比其它的电动工具常用的MOSFET要长很多,因而大幅提高了电动工具的可靠性。
图5:不同MOSFET在电动工具中的堵转试验结果对比。
综上所述,在采用MOSFET设计电动工具时,需要注意以下几点:尽量减小线路的寄生电感,特别是引线电感,使MOSFET在关断时吸收的能量最小;提高MOSFET的关断速度,减小关断损耗;选择自钳位MOSFET,提高系统的可靠性。