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  • 场效应管的作用与发热问题详解
    • 发布时间:2024-07-12 18:00:02
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    场效应管的作用与发热问题详解
    1.场效应管可应用于放大。由于场效应管放大器的输入阻抗很高,因此耦合电容可以容量较小,不必使用电解电容器。
    2.场效应管很高的输入阻抗非常适合作阻抗变换。常用于多级放大器的输入级作阻抗变换。
    3.场效应管可以用作可变电阻。
    4.场效应管可以方便地用作恒流源。
    5.场效应管可以用作电子开关。
    场效应管的作用
    既然说了场效应管的作用,那么也要了解它的工作原理:
    场效应管工作原理用一句话说,就是“漏极-源极间流经沟道的ID,用以栅极与沟道间的pn结形成的反偏的栅极电压控制ID”。更正确地说,ID流经通路的宽度,即沟道截面积,它是由pn结反偏的变化,产生耗尽层扩展变化控制的缘故。在VGS=0的非饱和区域,表示的过渡层的扩展因为不很大,根据漏极-源极间所加VDS的电场,源极区域的某些电子被漏极拉去,即从漏极向源极有电流ID流动。从门极向漏极扩展的过度层将沟道的一部分构成堵塞型,ID饱和。将这种状态称为夹断。这意味着过渡层将沟道的一部分阻挡,并不是电流被切断。
    在过渡层由于没有电子、空穴的自由移动,在理想状态下几乎具有绝缘特性,通常电流也难流动。但是此时漏极-源极间的电场,实际上是两个过渡层接触漏极与门极下部附近,由于漂移电场拉去的高速电子通过过渡层。因漂移电场的强度几乎不变产生ID的饱和现象。其次,VGS向负的方向变化,让VGS=VGS(off),此时过渡层大致成为覆盖全区域的状态。而且VDS的电场大部分加到过渡层上,将电子拉向漂移方向的电场,只有靠近源极的很短部分,这更使电流不能流通。
    还有一个令“老司机”头疼的问题:如何解决场效应管发热问题?
    如果发现MOS管发热很严重,为了解决MOS管发热问题,要准确判断是否是这些原因造成,最重要的是进行正确的测试,才能发现问题所在。通过这次解决这个MOS发热问题,发现正确选择关键点的测试,是否和分析的一致,才是解决问题之关键。
    在进行开关电源测试中,除了用三用表测量控制电路其他器件的引脚电压,比较重要的是用示波器测量相关的电压波形。当判断开关电源是否工作正常,测试什么地方才能反映出电源的工作状态,变压器原边和次级以及输出反馈是否合理,开关MOS管是否工作正常,PWM控制器输出端是否正常,包括脉冲的幅度和占空比是否正常,等等。
    测试点的合理选择非常重要,正确选择既安全可靠测量,又能反映故障的原因所在,迅速查找出原因。
    分析这次MOS管故障的原因,根据开关电源以前的所了解的,一般引起MOS管发热的原因是:
    1:驱动频率过高。
    2:G极驱动电压不够。
    3:通过漏极和源极的Id电流太高。
    因此测试重点放在MOS管上,准确测试它的工作状况,才是问题的根本。
    场效应管的作用
    Q1为功率开关MOS管,A点为漏极,B点为源极,R为电流取样电阻,C点为接地端。把双踪示波器的两个探头分别接到A和B点,两个探头接地端同时卡住电阻R的接地端C处。
    场效应管的作用
    MOS管漏极测试A点波形
    而从B点的波形可以看出,MOS管的源极电压波形,这个波形是取样电阻R上的电压波形,能够反映出漏极电流极其导通和截止时间等信息,如下图分析:
    可以看出,每个周期中,开关MOS管导通时,漏极电流从起始到峰值电流的过程。
    场效应管的作用
    取样电阻R的B测试点电压波形
    A和B点,这就是两个关键的测试点,基本上反映了开关电源的工作状态和故障所在,导通的时候的尖峰电压和尖峰电流非常大,如果能够将导通的尖峰电压和尖峰电流消除,那么损耗能降一大半,MOS发热的问题就能解决。当然也是发现MOS管工作正常与否的最直接反映。
    通过测试结果分析后,改变栅极驱动电阻阻值,选择合适的频率,给MOS管完全导通创造条件,MOS工作后有效的降低了尖峰电压,又选择了内阻更小的MOS管,使在开关过程中管子本身的压降降低。同时合理选择的散热器。经过这样处理后,重新实验,让整个电源正常工作后,加大负载到满负荷工作,MOS管发热始终没有超过50°,应该是比较理想。
    在用示波器测试过程中,要特别注意这两个测试点的波形,在逐步升高输入电压的时候,如果发现峰值电压或者峰值电流超过设计范围,并注意MOS管发热情况,如果异常,应该立刻关闭电源,查找原因所在,防止MOS管损坏。
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