PMOSFET耗散功率的估算和驗證

錢曉東 張翠云

摘 ?要：介紹了一種PMOSFET耗散功率的理論估算方法，采用前級推挽式逆變器為實驗平臺，完成熱阻實驗驗證。結果表明，該估算方法與實際測試結果接近，為設計散熱片提供了理論依據，加快了產品開發進度，具有較好的實際應用價值。

關鍵詞：PMOSFET;耗散功率;推挽;熱阻;散熱片

中圖分類號：TM46 文獻標志碼：A ? ? ? ? 文章編號：2095-2945（2020）24-0023-03

Abstract： A theoretical evaluation method of power dissipation for PMOSFET is introduced， and an experimental verification of thermal resistance is completed by using the front-stage push-pull inverter as the experimental platform. The end results show that the theoretical evaluation method is approximate to result of the experimental verification. This method provides a theoretical basis for designing heat sinks and can also speed up product development which has a better application value.

Keywords： PMOSFET; power dissipation; push-pull; thermal resistance; heat sink

1 概述

PMOSFET內部含有許多PN結，PN結的性能與溫度密切相關，且存在最高允許結溫。實際應用時，PMOSFET存在損耗將導致器件發熱，若熱量不及時散發出去，內部PN結溫度將會升高，甚至會超過最高允許溫度，最終導致器件損壞[1]。因此，為了使PMOSFET能正常工作，必須對其設計合適的散熱片，以降低其內部PN結溫度。隨著對產品的要求越來越高，如功率增大、體積和重量縮小、成本減小等，散熱片的設計顯得尤為重要。依靠經驗設計散熱片的弊端也越來越突出，甚至會影響產品開發進度。因此，為了設計合適的散熱片，需要盡可能準確地知道PMOSFET的耗散功率，以便利用熱阻的概念來設計與其相匹配的散熱片[2]。本文提出一種PMOSFET耗散功率的估算方法，并介紹了熱阻實驗原理，最后以前級推挽式逆變器為實驗平臺，對PMOSFET的耗散功率進行了實測驗證。

2 PMOSFET耗散功率的估算

PMOSFET作為常用的電力電子器件，應用范圍非常廣泛，下面以典型的推挽電路（如圖1所示）為例，介紹PMOSFET耗散功率的估算方法。

4 實例驗證

以前級推挽式逆變器為實驗平臺，進行PMOSFET耗散功率實例驗證，整機電路拓撲如圖4所示。并取與試驗平臺所用管子和散熱片相同的試驗對象用于Q的計算，試驗過程中還用到溫升線、溫升記錄儀、直流源、電壓探棒、電流探棒、示波器、萬用表、交流負載箱等。

以12V電壓輸入等級進行試驗，負載量調整至額定負載量的105%且長期運行，并使輸入電壓調至8V（輸入電壓越小，電流越大，損耗亦越大）。溫升記錄儀實時記錄管子殼溫以及機箱內環境溫度，并多次測量取其平均值。

實際測得PMOSFET的熱阻大約為9.9，管子殼溫大約為82.8℃，機箱內環境溫度大約為30.6℃，于是可得實測管子耗散功率約為5.3W，而通過估算得到的管子耗散功率大約為6.6W。實際測到與估算得出的結果雖有差異，但是相差不大，基本可以認為該估算方法有效，能夠為PMOSFET耗散功率的估算以及后續散熱片的設計提供較為可靠的依據。

5 結束語

本文介紹了PMOSFET耗散功率的估算方法以及根據熱阻實驗原理進行耗散功率的測試方法，最后以前級推挽式逆變器為實驗平臺，進行了實際測試，最終得出該估算方法相比實際驗證結果雖有差異，但是基本滿足要求，能夠為散熱片的設計提供依據，且有助于加快產品開發進度，有助于提高產品開發成功率，具有較好的實際應用價值。后續需要繼續完善理論計算方法，提高精確度。

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