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功率MOS 开关过程功率评估,VDSS脉冲过高解决方法疑惑

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楼主
fzp121|  楼主 | 2012-4-4 17:04 | 只看该作者 |只看大图 回帖奖励 |倒序浏览 |阅读模式
本帖最后由 fzp121 于 2012-5-3 09:30 编辑

做锂电池保护板,经常遇到充放电保护用MOS来实现。诸如电源类产品都需要做过流,短路保护和自动打嗝恢复输出的功能,因此在保护用的MOSFET上也需要承受瞬间的大电流,伴随其保护时的开关线性状态。
1.如题,求相关评估MOS此能力的方法和资料,谢谢!

2.师傅说用MOS的“结点的热容量”这个参数来评估(是指这个元器的结点可以承受的功率与时间的乘积,即瞬间的热量)。
MOS结点的热容量计算公式为:Idm*Idm*T(pulse width)*Rds(on)(typ),单位为W*S。
例如IRF3307的Idm为480A,脉冲宽度400us,占空比2%,Rds(on)(typ)为5毫欧,则其热容量为480A*480 A*400uS*5mR=0.4608WS;假设电池组的总电压为40V,则在系统过温保护状态下,如果恢复带载32A,则允许3307处于线性状态的时间,师傅的计算为0.4608WS/1280W(40V*32A)=360US。
师傅的评估我有疑问,热容量的时间参数采用了脉冲宽度,而没有占空比,正确吗?有没有理解此种做法的朋友有相关的详细资料可以给介绍学习下,3Q!

思考此问题时遇到的不错的资料,与和我一样的初学者共勉:
张兴柱之MOSFET分析.pdf (155.08 KB)

详解MOSFET的驱动及应用.pdf (2.14 MB)

2012.5.3
上次的mos损坏原因已经基本锁定,在mos尝试打开恢复输出后,有重新进入保护,关闭时,由于强制打开时有瞬间的300A以上的短路电流存在,关断时回路有感性成分,造成mos的DS极上有下图所示的反向电动势,器件特性有差异,批量时,mos仍会击穿。

反向电动势的来源可以改善到目前波形的[email=100V@10us]100V@10us[/email],但是无法避免;强制打开的时间可以缩短,已减少短路时电流的大小(强制打开系统的短路时间短,短路时系统建立的短路电流就会小一些,反向电动势也会小些,但时间不能太短,必须保证在正常负载时,系统可以驱动mos正常建立导通);
目前只有想方法吸收此电动势;
思路:1.在ds极之间并联2个104电容吸收脉冲,但效果不明显,由于成本问题,不能继续加大此吸收电容;
2.在ds极之间并联TVS管,箝位脉冲电压,目前采用68V的tvs管,但装上后没有作用,原因在思考;

各位如果有好的方法和思路,请指教,谢谢!

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沙发
Siderlee| | 2012-4-4 20:19 | 只看该作者
这个你为什么你问师傅。。。。

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板凳
woshixinshou| | 2012-4-4 21:29 | 只看该作者
应该是占空比
但是应该要比占空比大,因为上升沿和下降沿时功耗最大,

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地板
fzp121|  楼主 | 2012-4-4 22:09 | 只看该作者
2# Siderlee 那我想问下Siderlee兄,您是如何计算评估mos在开关状态的功率和时间的承受能力?

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5
fzp121|  楼主 | 2012-5-3 09:35 | 只看该作者
问题更新为超过mos的VDSS脉冲电压的抑制,自己顶出来,请指教,谢谢!

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6
fzp121|  楼主 | 2012-5-15 23:49 | 只看该作者
最近咨询得到的一些进展,其实器件的损坏,与出现在G极的瞬间负电压脉冲有关(gs电压在红色箭头指向处),是由于MOS重新关闭时的Di/Dt瞬间的变化产生的负压。示波器具有电容特性,加上示波器较差,因此看到的峰值接近10V,但没有超过允许值20V,实际器件内部可能已经超过。

关于无满意答案结贴:不知是我提问的太基础,还是问题没有描述清楚,好像浏览问题的侠客不少,讨论帮忙的没有。欢迎各位对我的问题或者提问问题的问题进行指导和讨论,谢谢!

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7
fzp121|  楼主 | 2012-5-16 21:36 | 只看该作者
继续灌自己的水,相信问题总会解决! 今天遇到的知识:
单次雪崩能量:Eas
重复雪崩能量:Ear
我的除了gs负压外,很有可能与这个雪崩能量有关。符合的现象是:把mos耐压加大,但是尖峰电压跟著上升;(相关讨论见:http://bbs.21**/25243.html)。
还有对这个雪崩的理解资料:理解功率MOSFET的UIS及雪崩能量(图)(http://www.epc.com.cn/magzine/20100404/13642.asp

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8
fzp121|  楼主 | 2012-5-22 00:21 | 只看该作者
不解释,上传2个相关资料,如果哪位遇到相同的问题了,可以一起学习。

an-1005_IRF Power MOSFET Avalanche Design Guidelines.pdf (401.38 KB)

AN10273_nxp Power MOSFET single-shot and repetitive avalanche.pdf (71.16 KB)

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9
tjzyh| | 2012-5-23 18:22 | 只看该作者
你好;你分析这两种情况(雪崩、GS过压),确实是在保护板系统中损坏MOSFET的主要原因。
1. 雪崩击穿,当保护板因外接短路电流过大,特别是外界有感性负载时,而需要关闭输出时,这是电流将会继续打通MOSFET,因为此电流比较大,而且MOSFET击穿电压比较高,所以V*I,瞬时功率相当高,MOSFET内部会瞬间过热,此热量根本来不及散出。此时功率管容易击穿损坏。加电容:可以缓解这个高压,但是理论计算,我认为有点扯淡,因为外界环境不好说。电容大了也不好,当MOSFET打开时,电容电流泄放,也会有损耗。加TVS,应该用大功率的。我认为TVS是最好的选择。但是你说TVS不起作用,这个不解?
2. GS过压,在回路中寄生感性一定的情况下,基本和电流大小无关,主要区别于DI/DT的速度。适当降低MOSFET的关断速度,可以控制GS的电压。

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tjzyh| | 2012-5-23 18:32 | 只看该作者
补充一点,GS之间电压控制需要驱动电路合理设计。目前市场上的保护板,在保护MOSFET上做的还不到位,很高兴遇到楼主。:handshake

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fzp121|  楼主 | 2012-6-8 15:59 | 只看该作者
9# tjzyh的确,加TVS应用大功率的,因为TVS和mosfet的DS并联,在高压存在时,二者同时发生击穿,如果TVS的功率有限,分流就小,就不能减弱雪崩时,流过MOSFET上的电流。俺自己没做这个实验,有条件的话,以后再试试。

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12
ssy250| | 2012-6-8 17:20 | 只看该作者
楼主打击我啊,其实我也计算过,60V以上的TVS管的耐受电流也就几个安培,相比较短路电流上百安培来说是杯水车薪啊,其实还要从整体就考虑,比如续流二极管什么的。

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13
xilibubo2| | 2021-9-27 11:54 | 只看该作者
TI有个文档,应该对你有帮助 《高串数锂电池包短路保护电路的设计及考虑因素》

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14
xilibubo2| | 2021-9-27 12:00 | 只看该作者

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