MOS管在功放中应用的探讨

老爷车

tb3008940 发表于 2014-1-8 01:41
看你这个电路图，建议你直接玩正温管单管甲类算了。

这是成品机上改的，不想大动干戈，散热器也不允许。

老兔有点懒

楼主能否提供一个MOS甲类功放的原理图，以利我们依葫芦画瓢？

samchen

當IRF510 MOSFET用在功率放大級時絕不可以在D and S極之間並聯0.1~0.01uF電容器,應該在G and S極並聯一只15V ZENER 二極体,MOSFET只有用在開關電源時才可以在D and S極之間並聯電容器.

lysohu

老爷车 发表于 2014-1-8 12:15
如果是自激，那也是超高频自激，因为示波器观察20~100KHZ波形非常漂亮。
如果没补偿好，为什么又能稳定一 ...

你是郴州的?看来是老乡,我是永州蓝山的......

lysohu

老爷车 发表于 2014-1-8 12:15
如果是自激，那也是超高频自激，因为示波器观察20~100KHZ波形非常漂亮。
如果没补偿好，为什么又能稳定一 ...

正是因为能稳定一段时间,所以判断你没有补偿好....电流调不上去就更简单了,你量一下两Gate之间的电压,再查查你的偏置电路是否有问题...能帮的也只有这些了..必尽你的东西我看不见摸不着.只能根据你的描述来判断.

tb3008940

老爷车 发表于 2014-1-8 12:16
分别补偿，如何实施呢。

用两套一模一样的温补电路串联，串接中点接输出端，温补零件各自紧紧贴在MOS管上。

tb3008940

老爷车 发表于 2014-1-8 12:18
这是成品机上改的，不想大动干戈，散热器也不允许。

正温管用这个电路图，我不可思议，厂家的设计理念是什么，你自己明白吗？不明白，就再找一个自己懂得功放图吧，越简洁越好，所以我推荐你用正温单管甲类，如果音乐输出功率有10W，在家欣赏音乐已经足够大声了。如果不够功率，想做AB类，也可以，但必须经历正温管的苦难折磨，然后浴火重生。

老爷车

lysohu 发表于 2014-1-8 21:22
你是郴州的?看来是老乡,我是永州蓝山的......

呵呵，可认识蓝山的胆机烧友欧斌。

老爷车

lysohu 发表于 2014-1-8 21:26
正是因为能稳定一段时间,所以判断你没有补偿好....电流调不上去就更简单了,你量一下两Gate之间的电压,再查 ...

偏置调节没问题的，1、2级（推动级）偏压正常，功率级偏压上不去。
我考虑最大可能是冬天的衣服静电多，测量焊接没有采取措施导致静电受损。

老爷车

tb3008940 发表于 2014-1-9 01:57
正温管用这个电路图，我不可思议，厂家的设计理念是什么，你自己明白吗？不明白，就再找一个自己懂得功放 ...

呵呵，不用想那么复杂，具体情况是：原机模块前级烧了，功率级也烧了（双极晶体管3级达灵顿输出，功率管3对三垦管并联），只留下2个板子。
实话说，原机就是个失败的设计。
现在尝试改用胆结石（胆前级+2级双极晶体管推1对超大电流MOS管做输出），几十年了对胆情有独钟啊。。。呵呵
MOS管单端另有计划，想大声手里有805单端和TMN30大波胆坐镇。。。。呵呵
已经烧了3对了，事不过三，估计也差不多了。还好，都是免费的拆机管，要不会心疼死。。。。呵呵呵。。。。。。

老爷车

tb3008940 发表于 2014-1-9 01:46
用两套一模一样的温补电路串联，串接中点接输出端，温补零件各自紧紧贴在MOS管上。

先生的意思是这样？

lysohu

老爷车 发表于 2014-1-9 11:57
偏置调节没问题的，1、2级（推动级）偏压正常，功率级偏压上不去。
我考虑最大可能是冬天的衣服静电多， ...

你调的时候不能只看Vgs电压相等就认为OK了,因为管子个体之间Vgs相差比较大,最大可能每管相差1V电压..

老爷车

lysohu 发表于 2014-1-9 16:33
你调的时候不能只看Vgs电压相等就认为OK了,因为管子个体之间Vgs相差比较大,最大可能每管相差1V电压..

这些都不是问题。
我困惑的是：这对管子最初也是正常的，400mA下工作稳定，只是在一时兴起之下，将电流调到1.8A多一点维持了几分钟关机，再开机电流在几个毫安就调不上去了（偏置电压最大调到8V）。

老爷车

估计还是管子本身出问题了，只能换管试了。

老爷车

tb3008940 发表于 2014-1-8 01:35
正温管必须上下两管分别独立温度补偿，而且温度补偿取样零件必须紧紧贴在正温管的上面，取样零件体积越小 ...

用IRF7501这类贴片管做补偿应该会不错吧。

tb3008940

老爷车 发表于 2014-1-9 13:01
先生的意思是这样？

不是，你把R7的上端改接在Q6的上端D极，然后把R2的下端改接在Q2的下端S极。这样两个独立的温补电路才不会相互影响。
还有一个问题，你这个温补电路的温度补偿速度，必须要调整到和IRFP264的温度漂移速度基本同步，否则，独立温补也无济于事。同步的问题远远比独立温补更难解决，你要反复调整温补电路中电阻的阻值大小，功夫不小哦。

tb3008940

老爷车 发表于 2014-1-9 18:15
用IRF7501这类贴片管做补偿应该会不错吧。

可以的，三极管也行，NTC也可以，这不太重要，重要的是，你要调整温补电路的偏置电阻的阻值，使温补电路的温度补偿速度和MOS管温度漂移速度一致。

老爷车

tb3008940 发表于 2014-1-9 21:24
可以的，三极管也行，NTC也可以，这不太重要，重要的是，你要调整温补电路的偏置电阻的阻值，使温补电路的 ...

楼主建议用正温器件做补偿，而先生说用负温也行（如NTC），看了下面这段文字，还是不得要领，请先生指点迷津。

“理解功率MOSFET的RDS(ON)温度系数特性
作者：万代半导体元件上海有限公司 刘松
通常，许多资料和教材都认为，MOSFET的导通电阻具有正的温度系数，因此可以并联工作。当其中一个并联的MOSFET的温度上升时，具有正的温度系数导通电阻也增加，因此流过的电流减小，温度降低，从而实现自动的均流达到平衡。同样对于一个功率MOSFET器件，在其内部也是有许多小晶胞并联而成，晶胞的导通电阻具有正的温度系数，因此并联工作没有问题。但是，当深入理解功率MOSFET的传输特性和温度对其传输特性的影响，以及各个晶胞单元等效电路模型，就会发现，上述的理论只有在MOSFET进入稳态导通的状态下才能成立，而在开关转化的瞬态过程中，上述理论并不成立，因此在实际的应用中会产生一些问题，本文将详细地论述这些问题，以纠正传统认识的局限性和片面性。
一、功率MOSFET传输特征
三极管有三个工作区：截止区、放大区和饱和区，而MOSFET对应的是关断区、饱和区和线性区。MOSFET的饱和区对应着三极管的放大区，而MOSFET的线性区对应着三极管的饱和区。MOSFET线性区也叫三极区或可变电阻区，在这个区域，MOSFET基本上完全导通。
当MOSFET工作在饱和区时，MOSFET具有信号放大功能，栅极的电压和漏极的电流基于其跨导保持一定的约束关系。栅极的电压和漏极的电流的关系就是MOSFET的传输特性。

其中，μn为反型层中电子的迁移率，COX为氧化物介电常数与氧化物厚度比值，W和L分别为沟道宽度和长度。
二、温度对功率MOSFET传输特征影响
在MOSFET的数据表中，通常可以找到它的典型的传输特性。注意到25℃和175℃两条曲线有一个交点，此交点对应着相应的VGS电压和ID电流值。若称这个交点的VGS为转折电压，可以看到：在VGS转折电压的左下部分曲线，VGS电压一定时，温度越高，所流过的电流越大，温度和电流形成正反馈，即MOSFET的RDS(ON)为负温度系数，可以将这个区域称为RDS(ON)的负温度系数区域。

而在VGS转折电压的右上部分曲线，VGS电压一定时，温度越高，所流过的电流越小，温度和电流形成负反馈，即MOSFET的RDS(ON)为正温度系数，可以将这个区域称为RDS(ON)正温度系数区域。
三、功率MOSFET内部晶胞的等效模型
在功率MOSFET的内部，由许多单元，即小的MOSFET晶胞并联组成,在单位的面积上，并联的MOSFET晶胞越多，MOSFET的导通电阻RDS(ON)就越小。同样的，晶元的面积越大，那么生产的MOSFET晶胞也就越多，MOSFET的导通电阻RDS(ON)也就越小。所有单元的G极和S极由内部金属导体连接汇集在晶元的某一个位置，然后由导线引出到管脚，这样G极在晶元汇集处为参考点，其到各个晶胞单元的电阻并不完全一致，离汇集点越远的单元，G极的等效串联电阻就越大。
正是由于串联等效的栅极和源极电阻的分压作用，造成晶胞单元的VGS的电压不一致，从而导致各个晶胞单元电流不一致。在MOSFET开通的过程中，由于栅极电容的影响，会加剧各个晶胞单元电流不一致。
四、功率MOSFET开关瞬态过程中晶胞的热不平衡
从图2可以看出：在开通的过程中，漏极的电流ID在逐渐增大，离栅极管脚距离近的晶胞单元的电压大于离栅极管脚距离远的晶胞单元的电压，即VG1>VG2>VG3>…，VGS电压高的单元，也就是离栅极管脚距离近的晶胞单元，流过的电流大，而离栅极管脚距离较远的晶胞单元，流过的电流小，距离最远地方的晶胞甚至可能还没有导通，因而没有电流流过。电流大的晶胞单元，它们的温度升高。
由于在开通的过程中VGS的电压逐渐增大到驱动电压，VGS的电压穿越RDS(ON)的负温度系数区域，此时，那些温度越高的晶胞单元，由于正反馈的作用，所流过的电流进一步加大，晶胞单元温度又进一步上升。如果VGS在RDS(ON)的负温度系数区域工作或停留的时间越大，那么这些晶胞单元就越有过热击穿的可能，造成局部的损坏。
如果VGS从RDS(ON)的负温度系数区域到达RDS(ON)的正温度系数区域时没有形成局部的损坏，此时，在RDS(ON)的正温度系数区域，晶胞单元的温度越高，所流过的电流减小，晶胞单元温度和电流形成负反馈，晶胞单元自动均流，达到平衡。
相应的，在MOSFET关断过程中，离栅极管脚距离远的晶胞单元的电压降低得慢，容易在RDS(ON)的负温度系数区域形成局部的过热而损坏。
因此，加快MOSFET的开通和关断速度，使MOSFET快速通过RDS(ON)的负温度系数区域，就可以减小局部能量的聚集，防止晶胞单元局部的过热而损坏。
基于上面的分析，可以得到：当MOSFET局部损坏时，若损坏的热点位于离栅极管脚距离近的区域，则可能是开通速度太慢产生的局部的损坏；若损坏的热点位于离栅极管脚距离远的区域，则可能是关断速度太慢产生的局部损坏。
在栅极和源极加一个大的电容，在开机的过程中，就会经常发生MOSFET损坏的情况，正是由于额外的大的输入电容造成晶胞单元VGS电压更大的不平衡，从而更容易导致局部的损坏。
五、结论
1．MOSFET在开通的过程中，RDS(ON)从负温度系数区域向正温度系数区域转化；在其关断的过程中，RDS(ON)从正温度系数区域向负温度系数区域过渡。
2．MOSFET串联等效的栅极和源极电阻的分压作用和栅极电容的影响，造成晶胞单元的VGS的电压不一致，从而导致各个晶胞单元电流不一致，在开通和关断的过程中形成局部过热损坏。
3．快速开通和关断MOSFET，可以减小局部能量的聚集，防止晶胞单元局部的过热而损坏。开通速度太慢，距离栅极管脚较近的区域局部容易产生局部过热损坏，关断速度太慢，距离栅极管脚较远的区域容易产生局部过热损坏。”

老爷车

老爷车 发表于 2014-1-11 07:07
楼主建议用正温器件做补偿，而先生说用负温也行（如NTC），看了下面这段文字，还是不得要领，请先生指点迷 ...

另外，从上面这段文字，是否可以理解，我前面实验所遇到的问题，是否因管子“晶胞单元局部的过热”而导致局部损坏。

lysohu

老爷车 发表于 2014-1-11 07:12
另外，从上面这段文字，是否可以理解，我前面实验所遇到的问题，是否因管子“晶胞单元局部的过热”而导致 ...

并不是你现在那样理解的,,模拟应用也不会有他上面提到的快速开启和慢速关断的过程,他文章是开关应用的所要关注的问题,是电流非常大的情况下的特性...像功放应用电流调大都属于慢性热积累...这篇文章是设计开关电源等的人要去消化的....