春风进来下,发现电源存在致命问题

198879 · 发表于 2013-4-9 21:40:19

今天花时间看了下春风电源的原理图,发现有个大问题.

2个功率管之间完全没有进行功率配平.由于MOS管是压控压管,其每个MOS的门限电压其实还是差个0.几伏的,因此每个MOSFET的的V-R曲线并不一样.

实际应用的时候,2个MOSFET会因此造成留过的电流不一样,在最极端的情况下,很可能你并联了很多管子,但是实际只有一个有用,导致所有的功率都集中在一个MOSFET上面.

在春风电源最极端的情况下,很可能造成一个管子承受3A*(36-25V)=30w的功率,虽然加了风冷,但是也是比较危险的.

实际上,应该使用一个基准的MOSFET作为主MOS,其他模式做这个MOSFET的镜像电流源.反馈环中的电流直接使用主MOSFET的N倍或者做加法来进行计算,使得电流平均到各个MOS管上

changhui0222 · 发表于 2013-4-9 21:41:09

功率平衡？

198879 · 发表于 2013-4-9 21:51:18

功率的确没平衡

lbc___ · 发表于 2013-4-9 22:07:45

mos管并联可以自动均流的吧

holged · 发表于 2013-4-9 22:09:09

MOS管和三级管的温度特性是不同的，MOS管是正温度特性的。正常情况下可以自动均流。

菜包 · 发表于 2013-4-9 22:12:30

MOS管并联会自动均流的，不会出现功率都集中在一个管子上的情况

wxwdxx · 发表于 2013-4-9 22:14:19

MOS管会自动均流我知道。
功率配平是神马？

jimmy_xt · 发表于 2013-4-9 22:15:49

本帖最后由 jimmy_xt 于 2013-4-9 22:16 编辑

同一批次，离散度不会很大。
另外正温度系数的导通电阻一定程度上能起到均流的作用。

下图摘自irf3205的器件手册

-----------------------------------------------------------------
修改语病。

ganggang1875 · 发表于 2013-4-9 22:24:58

就算一个管子，30W也能顶，见过用MOS管烧水的

，所以相对这个根本就到不了LZ说的致命程度

198879 · 发表于 2013-4-9 22:25:27

实践证明不会...特别是一个管子热起来之后..我做过很多次

198879 · 发表于 2013-4-9 22:30:21

当工作在变阻区的时候的确是不会的...

198879 · 发表于 2013-4-9 22:54:47

你们都没看明白....其实电源工作的时候MOSFET是工作在变阻区,这个时候的确是没有办法匹配的

liu969610245 · 发表于 2013-4-9 22:55:17

感觉春风已经解释过这个，会自己均流

plumlee · 发表于 2013-4-9 23:00:09

BUG,,,呵呵~~什么都有BUG。

wangzheyu · 发表于 2013-4-9 23:09:04

显然是不会的吧

kevinzcp · 发表于 2013-4-9 23:15:51

记得用的是IRF250/460 TO247封装的单个管子50W的功耗都能顶住

xpxp · 发表于 2013-4-9 23:28:08

楼主的工程实践经验太少了。MOS管不需要均流。

198879 · 发表于 2013-4-10 00:19:52

我做电子负载的,做过很多相同类型的实验,在变阻区的管子不会自均流. 因为这个时候2个管子的阻抗相差很可能极大。对同一批制造的MOSFET,其门级电压在变阻区上升极快，因此在同一门级电压下相对电阻会很大。

TO247 的封装在加风冷的情况下可以做到30W到50W这是没错,但是不代表这个设计是正确的。

qwe2231695 · 发表于 2013-4-10 00:29:49

做电流镜的确是个好方法

X594008 · 发表于 2013-4-10 00:35:06

赞一个楼主的专业精神，我觉得楼主说得很有道理，虽然工作起来没有问题，但个人觉得值得改进。

ywl0409 · 发表于 2013-4-10 07:56:16

应该工作在放大区吧。

bugplus · 发表于 2013-4-10 09:22:58

楼主提的意见很好，我就发现mos管，管脚电压不一样，发热也不一样。。。。。。。期待改进！

bugplus · 发表于 2013-4-10 09:29:54

mos管处理

stely · 发表于 2013-4-10 09:36:55

友情帮顶，论坛就是需要不一样的声音。

mhw · 发表于 2013-4-10 09:37:18

没必要的，连MOS串联的均流电阻都可以直接去掉……

就算单个管子都可以满足要求了

xcodes · 发表于 2013-4-10 09:48:21

支持楼主

zhangshixing · 发表于 2013-4-10 09:56:36

每个MOS源极不是都各自串电阻了吗，那个就是用来平衡的啊

198879 · 发表于 2013-4-10 10:36:55

MOS的GS电压的差距很多时候不是串个小电阻就能补回来的。设你用一个10mR的电阻做为采样电阻，2个MOSFET电流相差1A时，压降仅为10mV，而这2个MOSFET的门限电压差距可能在0.1V左右（由于离子掺杂不同导致的区别）。如果使用一个100mR的电阻作为配平，那么这个电阻上面就会有很大的损耗。。。。。。3A 1W，10A 10W。。。。

sunbest80 · 发表于 2013-4-10 10:42:37

lz说的有道理，还是严谨些好，注重细节

PowerAnts · 发表于 2013-4-10 11:06:02

MOSFET在作开关工作时, 自身温度特性作用下会自均流, 勿需外部均流; 但作为线性放大时, 由于Vth具有负温度系数, 如果由于某种原因, 某一管的温度较高, 那么其Id确实会比较大. 这个问题, 可以通过均热板来解决, 即: 所有并联的MOSFET先固定在一块铝板上, 这块铝板再通过绝缘材料联接到散热器上, 尽量让MOSFET的结温不要有太大的差异. 实际上, 我们所用的MOSFET内部就是由若干个“胞”并联的, 里面就是简单地并联, 只不过距离很近, 通过均温来均流了.

PowerAnts · 发表于 2013-4-10 11:11:39

楼主有点大惊小怪了，这个问题谈不上致命。30W的功耗那怕由一颗TO-220承担，结温也只不过比壳温高15度。只要壳温不超过90度（差不多是泡茶的温度），放心大胆地用吧。

armok · 发表于 2013-4-10 11:16:16

提示: 作者被禁止或删除内容自动屏蔽

198879 · 发表于 2013-4-10 11:16:42

TO-220 30W 烧水妥妥的。。。。

pll19840511 · 发表于 2013-4-10 11:22:41

我觉得没太大问题

198879 · 发表于 2013-4-10 11:25:48

armok 我是做电子负载的，按电子负载的方案去考虑，这个问题就会被放大，因为电子负载是吃所有功率的。

电源上这个问题一样存在。我也给出了计算，指出了错误，如果电源电流再放大，那么损耗增加的情况下，如果功率没有平衡是可能出现问题的。这是个隐患。

我在这边发的帖子都是给资料的多，也是个4-5年的人了，没有什么架好吵。

wt3333 · 发表于 2013-4-10 11:32:59

stely 发表于 2013-4-10 09:36
友情帮顶，论坛就是需要不一样的声音。

同样支持

wz18th · 发表于 2013-4-10 11:42:59

MOS管工作在可变电阻区，是负温度系数？为什么我听到一切关于MOS管的介绍都只说其正温度曲线呢？假如负曲线的确该加均流部分。。其实我最近就在做均流。。后面再分别接工作在恒流区的MOS管，不就行了？

shark · 发表于 2013-4-10 12:00:22

198879 发表于 2013-4-10 10:36
MOS的GS电压的差距很多时候不是串个小电阻就能补回来的。设你用一个10mR的电阻做为采样电阻，2个MOSFET电流 ...

春风电源用的就是0.1欧的均流电阻，3A下才0.9W ，另外电源是线性电源，损耗不是问题，压降放在MOS管上也一样是损耗。

R88 · 发表于 2013-4-10 12:04:30

建议阿莫不要封楼主的号，这种事情叫春风大哥来跟楼主对峙一下比较好，这样能服众！

其实散热和布线处理好，额外的均流措施是没必要的，powerants大师讲的非常不错，楼主可以看看身边比较常见的电动车控制器，15A和30A的都行，楼上的那本开关电源设计我有一本，一直没看呢，惭愧....

R88 · 发表于 2013-4-10 12:07:09

当均流电阻远大于Rds的时候，均流还是没问题的，但是均流的情况根据电阻的误差考虑应该也是考虑的一方面

198879 · 发表于 2013-4-10 12:10:02

armok 发表于 2013-4-10 11:49
你的忍功不错，佩服。你是这种情况下唯一没给我封锁id 的。

这是一款定位业余，DIY的开源电源，这个设计 ...

我只是来交流的，不是来卖货的。没必要吵架

我之前一直有看到春风的活动，但是没有细细去看图。自己是公司内部自己的设备研发。。。最近准备给公司自己做电源，来看看春风的参考下。

因为规划中的电源是10A级别的，所以比较蛋疼，当功率做大了有些小问题就会被放大，比较麻烦。提出来也只是想互相参考下。

198879 · 发表于 2013-4-10 12:14:31

pll19840511 发表于 2013-4-10 11:22
我觉得没太大问题

你发了这么多，其实你只应该注意最后一段。

当动态平衡时，由于器件与器件之间的跨导并不完全相同的时候，任意时刻之间Id都可能是不一样的。

bart · 发表于 2013-4-10 12:20:12

我做过负载，也做过电源。我想还是可以说几句话的。
1. 我新来的，我猜大家是指这个电路http://d1.ourdev.cn/bbs_upload78 ... ev_566265WFOXTA.pdf
2. 楼主指出MOSFET工作在线性区，是正确的。这个电路本身是稳压电路，如果MOSFET工作在开关状态就无法稳压了。旁边有个帖子对这个争论，实在没有必要。
3. 楼主提出问题“致命”，有些过虑。请注意两个0.1欧电阻。这不是随便放着做摆设的。这电阻英文名叫Ballast Resistor，它的作用是当电流大的时候拉低Vs，从而Vgs降低，电流减小。这个用法在稳压电路并联扩流中很常见，有些集成块甚至内置了这个电阻（比如LT3080-1)。这个前面zhangshixing网友也提到了。

如果有不同意见，可以探讨。

hhxb · 发表于 2013-4-10 12:21:53

这种问题也算月经贴了。

怀疑楼主用的是拆机件，所以离散程度这么大。

198879 · 发表于 2013-4-10 13:33:35

bart 发表于 2013-4-10 12:20
我做过负载，也做过电源。我想还是可以说几句话的。
1. 我新来的，我猜大家是指这个电路http://d1.ourdev.c ...

LT3080-1 我看了，其实每一路都相当于一个单独反馈的环路，该环路与输出电压对齐，并添加了内部的电阻。

当2路并联时，如一路电流较大，其输出端电压会降低，使其输出电流降低。这是一种简单有效的方式进行电流平衡。但是这是建立在每个环路都是单独对其输入电压进行反馈的基础上。而不是简单的靠每个管子之间的跨导。

learner123 · 发表于 2013-4-10 15:18:05

楼主多虑了，从设计角度讲，没有考虑到器件功率的完全利用，这点楼主没错；但产品定位本身就不是“高级货”，所以谈不上致命。
当然，挑刺是好事，作为学习当然是必要的。

实际电源的设计还有很多可玩的：效率，动态特性、启动特性.......
莫兄多虑了，这种笔墨官司，有比无好。

dreampet · 发表于 2013-4-10 15:40:50

楼主有点哗众取宠了。44楼说得不错，作为产品，需要寻求的是性能和成本的平衡点，而不是一味追求高指标、高可靠性的电路设计，并联扩流的方案有很多，春风电源用的IRFP250，即使是单管也能满足要求，而采用这种简单的平衡电阻并联均流的设计方式，则能在提高最小成本的情况下获得更高的可靠性。

dinsl7611 · 发表于 2013-4-10 15:50:04

我觉得不存在LZ说的造成一个管子承受3A*(36-25V)=30w的功率的情况，因为春风电源的输入电压时通过继电器切换的，始终保持输入电压不超出输出电压2V的

TDS · 发表于 2013-4-10 16:49:39

问个弱弱的问题: MOS管如何筛选配对?

TDS · 发表于 2013-4-10 17:01:23

如果是30V满载4A的情况下,电源的输出端发生偶然的短路,情形与电子负载相似啊.

198879 · 发表于 2013-4-10 17:07:44

短路的时候继电器应该会切下来的吧。。。。

millwood0 · 发表于 2013-4-10 19:18:31

另外正温度系数的导通电阻一定程度上能起到均流的作用。

That's only for Lateral mosfets (older mosfets used primarily for linear applications) or at very high Id.

Here is the the Id vs. Vgs chart @ different temperatures for IRF540 (other Vertical mosfets follow similar pattern).

The kneeing-off point is about 15amp Id: given the same Vgs, Id goes down with temperature when Id > 15amp and Id goes UP with temperature when Id < 15amp.

millwood0 · 发表于 2013-4-10 19:20:36

The OP is correct about this: unless you are using lateral mosfet, paralleling vertical mosfets by itself doesn't equalize Id - most mosfets would have been long destroyed in a linear application running Id > 15amp.

PCBBOY1991 · 发表于 2013-4-10 21:51:36

楼主不要光说不练，为什么不针对春风哥但是设计来一个对策呢？解决下

LSZD · 发表于 2013-4-11 11:40:30

发现问题，再提供解决方法，楼主你会得到感谢，否则就会被反感了……

TDS · 发表于 2013-4-11 14:03:49

与搂主讨论镜像电流的方案:
当采用多个MOS管并联时,选择其中一路MOS管作为电流主控,其它各个MOS管的电流跟随主控MOS管的电流.
来使每路MOS管的电流接近，而不致拉偏。
请看图.

RUANJI · 发表于 2013-4-11 14:11:37

那个0.1欧姆电阻不就是用来平衡的么。。。

198879 · 发表于 2013-4-11 16:53:03

TDS 发表于 2013-4-11 14:03
与搂主讨论镜像电流的方案:
当采用多个MOS管并联时,选择其中一路MOS管作为电流主控,其它各个MOS管的电流跟 ...

如果是双环的话.....(CC,CV 环），主MOSFET向春风那样做 OD 的连接方式，然后从主MOSFET那里采样电流后直接用运放镜像到其他的mosfet上，只要采样电阻是一样的即可。

一般驱动能力强一点的运放可以直接驱动。我用LT的仿真软件仿，LT1126这种运放就可以带irf260这种级别的管子了。调整环路的情况下动态性能是可以保证的。

R88 · 发表于 2013-4-11 17:22:55

millwood0 发表于 2013-4-10 19:18
That's only for Lateral mosfets (older mosfets used primarily for linear applications) or at very ...

学习了，看样子小电流时还形成了正反馈，不像大家传说的那样。

不过数据手册上很少说是横向的还是纵向的mosfet，又该如果判断呢？

大师干脆说说mos工作于开关和恒流区的均流方法哦！

learner123 · 发表于 2013-4-11 18:42:03

58楼的图感觉弄不好就会自激，特别是开环增益大的情况下，影响输出稳定性。
而且这似乎是电子负载的图啊，不是电源输出啊，采样电阻是接地的。

millwood0 · 发表于 2013-4-11 19:16:06

不过数据手册上很少说是横向的还是纵向的mosfet，又该如果判断呢？

a few clues:

1) lateral mosfets have much lower kneeing point: 100ma or so;
2) lateral mosfets have much lower transconductance; much lower input capacitance; much lower Vgs(th);
3) lateral mosfets don't specify Rds;
4) lateral mosfets' Id vs. Vgs curve is a lot closer to linear than vertical mosfets';

lateral mosfets are much harder to find; much more expensive; and almost never used for high current switching applications - due to its high Rds.

大师干脆说说mos工作于开关和恒流区的均流方法哦！

lateral mosfets, when paralleled, will automatically share current, due to its low kneeing point.
vertical mosfets require special care, like the use of power resistors

198879 · 发表于 2013-4-11 23:31:09

一般的POWER MOS 都是横向的mosfet。现在很少有做纵向layout的管子了，要也是很小的管子，因为开通不均匀

gzhuli · 发表于 2013-4-11 23:59:19

198879 发表于 2013-4-11 23:31
一般的POWER MOS 都是横向的mosfet。现在很少有做纵向layout的管子了，要也是很小的管子，因为开通不均匀 ...

反了，现在的MOSFET绝大部分是针对开关应用设计的垂直MOS，横向MOS基本上只有RF管还在生产，多数用在手机基站里。
其实TO-247AC封装带强制风冷就算单管短时间承受120W也是没问题的，双管只要对Vgs(th)稍加筛选完全可以应付极限条件。

millwood0 · 发表于 2013-4-12 04:13:54

Yes. Most of mosfets today are for switching applications that require low Rds. Lateral mosfets are piss poor at such applications.

Most lateral mosfets came from Hitachi / Renesas (the 2SK1058/2SJ162 pair for example). Profusion also produces them, as did SemeLabs (which I think just went into bankruptcy recently).

aworker · 发表于 2013-4-12 07:31:35

学习了！

tiancaigao7 · 发表于 2013-4-12 07:37:26

mosfet本身就有一定的自动均流的功能呀？当温度升高的时候，内阻会增加，从而降低流过它上面的电流。因此如果采用同样型号的mosfet并联，我认为可以依靠这个特性来实现自动的均流。

198879 · 发表于 2013-4-12 08:25:43

gzhuli 发表于 2013-4-11 23:59
反了，现在的MOSFET绝大部分是针对开关应用设计的垂直MOS，横向MOS基本上只有RF管还在生产，多数用在手机 ...

不知道是不是描述上有问题。

实际上现在的MOSFET都是把门级放在顶层或者底层的平面，这样整个沟道会变得比较扁平，开通速度会比较快，电流也会比较均匀。我们公司自己有做MOSFET，听过这方面的讲座

solojimes · 发表于 2013-4-12 08:29:06

有均流电阻的

gzhuli · 发表于 2013-4-12 11:19:22

198879 发表于 2013-4-12 08:25
不知道是不是描述上有问题。

实际上现在的MOSFET都是把门级放在顶层或者底层的平面，这样整个沟道会变得 ...

上面是横向的，下面是垂直的，绝大多数功率MOSFET都是下面的结构，由几百个小单元并联组成。

R88 · 发表于 2013-4-12 11:30:24

gzhuli 发表于 2013-4-12 11:19
上面是横向的，下面是垂直的，绝大多数功率MOSFET都是下面的结构，由几百个小单元并联组成。

...

现在普遍的教科书还讲得是第一种，都快被淘汰了，唉

PowerAnts · 发表于 2013-4-12 13:06:55

横向的是LDMOS, 主要作线性放大器件, Hi-Fi上用的多; 纵向的是VMOS, 主要作功率开关

gxxgf · 发表于 2013-4-12 16:43:37

不同的人，站在了不同的角度考虑问题了。其实就这个设计本身来说，没啥问题，30W的极限功耗，只要散热合理，不成问题。不过楼主说的是在电源中多只mosfet并联均流的问题，在目前的设计中如果是靠运放全部自动均流，是很难实现的。如果这样做，内部均流的闭环和稳压电路的闭环很容易造成系统的振荡，不能稳定工作。这就是目前市面的大功率的线性稳压电源都用双极性的晶体管（也要经过筛选，不过这个离散型相对较小）的原因。当然电子负载的MOSFET自动均流当然不成问题，也散热形式消耗的电子负载，都是运放自动均流的，要不后果很严重。哈哈。但是就稳压电源来说，是不是用多只MOSFET并联的方式就是不行，显然也不是，直接自动的均流有难度，但是采用阶梯式的电流控制方式还是可以的。
个人观点，请大侠们斧正。

deadline2012 · 发表于 2013-4-12 21:19:51

198879 发表于 2013-4-10 11:25
armok 我是做电子负载的，按电子负载的方案去考虑，这个问题就会被放大，因为电子负载是吃所有功率的。

...

楼主说的理论有道理。
我对楼主的说法很赞同，两个管子的的确确靠串联一个电阻来达到自身的电流均衡是不够的，
楼主所说的一个管子做主mos，其他做镜像，这种方法听起来可行，楼主可有现成的电路拓扑，给坛友们参考一下，
现在电脑主板的多相电源就有一个相之间的电流均衡功能，只不过那么电路是集成在控制芯片里面的，比较复杂，
对于这种简易的线性直流电压源要做到这样的功能，电路上的实现貌似不太容易。

BTW：armok这么反感是因为你没有仔细指出具体存在的问题，上来就说XXX不行，没用，锋芒太够毕露了。

deadline2012 · 发表于 2013-4-12 21:22:17

gxxgf 发表于 2013-4-12 16:43
不同的人，站在了不同的角度考虑问题了。其实就这个设计本身来说，没啥问题，30W的极限功耗，只要散热合理 ...

大师，请教你说的电流均流控制环，与电压控制环的稳定学问，我对这个很感兴趣。

youlongam · 发表于 2013-4-14 19:02:24

你说的没错，是有这个问题，不过也没事，那么大的MOS+那么大的散热器五六十瓦完全没问题，可以参考一下我发的贴，我做的的电源里就加了电流均流电路。

monkerman · 发表于 2013-4-14 19:15:08

高手就是高手！学习了！

wwk1996 · 发表于 2013-6-27 11:06:49

学习一下。

songtion · 发表于 2013-6-27 21:56:47

唔…………老大很生气~

2fen · 发表于 2013-6-27 22:26:42

本帖最后由 2fen 于 2013-6-27 22:28 编辑

TDS 发表于 2013-4-10 16:49
问个弱弱的问题: MOS管如何筛选配对?

你这句话提醒了我，库房还有一台常州产的MOS管分选测试仪器，哪天找出来处理掉闲置多年了

gxxgf · 发表于 2013-6-28 14:12:02

要是觉得单纯的电阻反馈还不够，可以再加两只三极管做个负反馈，这个就更好了。

JoshuaAstray · 发表于 2013-6-29 22:37:01

pll19840511 发表于 2013-4-10 11:22
我觉得没太大问题

其实我想问，这本书是？？？

pll19840511 · 发表于 2013-6-29 23:03:19

JoshuaAstray 发表于 2013-6-29 22:37
其实我想问，这本书是？？？

开关电源设计第二版张占松译

lwliuming · 发表于 2013-7-1 17:09:31

新手受益虽然看不懂

3.3v · 发表于 2013-7-3 13:45:38

LZ能提出意见是对的。

春风进来下,发现电源存在致命问题

阿莫论坛20周年了！感谢大家的支持与爱护！！

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