自举电容充不满,高边MOS为何会发热?
高边MOS能开起来,不代表栅极电压在整个导通期间都够;真正要看的是VB与VS之间还剩多少电压
半桥样机一上高占空比,高边MOS温度就往上爬。示波器对地量栅极,波形看着很高,于是怀疑器件导通电阻太大。换了更低RDS(on)的MOS,发热仍然存在。很多时候,问题出在自举供电已经慢慢掉下去。
高边MOS的源极跟着开关节点上下跳,栅极驱动不能以系统地为参考。真正决定是否充分导通的是VGS,也就是高边栅极相对源极的电压,而不是栅极对地的绝对电压。
自举方案用低边时段给电容充电,再让这颗电容跟着开关节点漂浮。它简单、成本低,但有一个前提:系统必须周期性给它留下可靠的补电窗口。
自举电容只在开关节点较低时补电
低边导通或续流把VS拉低后,自举二极管正向导通,驱动电源为电容充电。高边开启时,电容的上端被抬高,为驱动器静态电流和MOS栅极提供电荷。
图1 自举电容依靠低边时段充电,再随高边源极一起浮动
占空比接近100%、高边长时间保持开启,或启动阶段VS迟迟不回落,自举二极管就没有足够时间补电。电容标称值再大,也只能延缓掉压,不能创造充电条件。
连续导通需求较强的系统,应评估电荷泵、隔离浮动电源或带刷新策略的驱动方案,而不是把自举电容一路加大。
VBS下降后,导通损耗会先暴露
自举电容要承担总栅极电荷、驱动器静态消耗、二极管反向漏电、MOS栅漏电以及PCB表面漏电。高温下多项泄漏会上升,热机比冷机更容易暴露问题。
当VB减VS逐渐下降,驱动器可能还没有触发欠压锁定,高边MOS却已经离开数据手册给出低导通电阻的栅压条件。器件处在“能导通但没导透”的状态,VDS压降和损耗同步上升。
图2 浮动驱动的关键电压是高边电源相对开关节点的差值
若达到驱动器欠压阈值,高边还可能被反复关断与重启。波形上会出现脉宽缺失或周期性抖动,不能再把它归结为散热器不足。
电容量要按电荷预算,不按经验倍数粗略估算可从总栅极电荷和允许压降出发,再加入驱动器消耗、漏电和温度裕量。实际有效电容还会受直流偏压、封装和温度影响,陶瓷电容标称值不能直接当作工作值。
图3 隔离浮动电源不依赖低边刷新,适合长时间高边导通
自举二极管的正向压降会吃掉可用电压,反向恢复和结电容又可能把开关节点尖峰耦合回驱动电源。高频设计还要让二极管、电容和驱动引脚形成很小的充电回路。
电容过大也有代价:上电充电更慢,二极管脉冲电流更高。设计目标是覆盖最坏导通时间和电荷消耗,并确认每个周期都能重新充到目标电压。
测量要同时看VB、VS和栅极用普通单端探头分别对地看VB和VS,再离线相减,容易被两个大共模波形的时差和探头误差欺骗。优先使用满足共模范围的差分探头直接测VB减VS和VGS。
测试至少覆盖上电启动、最高占空比、最低开关频率、重载和高温。每个工况记录自举电压最低点、VGS平台、VDS导通压降与器件温升,才能建立完整因果链。
图4 独立隔离电源可以为多路高边驱动持续供能
如果把占空比稍微降低或强制插入低边刷新后温升明显下降,说明问题与补电窗口高度相关。接着再核对二极管方向、焊接、容量和欠压锁定,而不是盲目换MOS。
探头共模能力是安全边界。高压半桥的VB和VS都可能快速跳变,差分探头的最大共模电压、瞬态抑制和带宽必须覆盖测试点;普通示波器地夹不能直接接到浮动开关节点。
栅极驱动负压或关断尖峰也要同步观察。自举回路布局过长时,寄生电感可能让VGS短暂超过额定值,或在关断时形成负压。只看平均自举电压,会遗漏可靠性风险。
轻载跳脉冲模式可能让补电节拍与固定PWM完全不同。有些控制器会长时间停脉冲,高边下一次启动前是否主动刷新,要回到驱动器和控制器说明书确认,不能沿用满载判断。
高边导通压降可辅助判断。已知电流下,若VDS在导通后逐渐升高,同时VBS逐渐下降,二者趋势相互印证;若VBS稳定而VDS异常,则应转向器件、焊接、回路电阻或电流测量。
板上污染、助焊剂残留和高湿会增加浮动节点漏电,长导通时间尤其敏感。样机清洗前后或湿热前后的差异,可帮助确认是否存在自举保持能力边缘化。
完成修复后,不只看最高温度。还应比较开关损耗、驱动电源电流、二极管温升和自举最低电压,防止用过大的门极阻尼换来表面温降,却牺牲效率和动态响应。
结论
高边MOS发热时,别只查导通电阻和散热。先确认它在整个导通区间内都获得了足够VGS,并且自举电容在下一次开启前真正充满。
一张同时包含VB减VS、VGS、VDS和开关节点的波形,比单独看栅极对地电压更有价值。把测量参考点选对,很多“莫名发热”会迅速变成可计算的电荷问题。
声明:
本文由凡亿教育整理,转载请注明来源!
投稿/招聘/广告/课程合作/资源置换 请加微信:13237418207

扫码关注












































