做開關電源,常用功率MOSFET。一般而言,MOS管制造商采用RDS(ON)參數(shù)來定義導通阻抗;對ORing FET應用來說,RDS(ON)也是最重要的器件特性。數(shù)據(jù)手冊定義RDS(ON)與柵極(或驅動)電壓VGS以及流經(jīng)開關的電流有關,但對于充分的柵極驅動,RDS(ON)是一個相對靜態(tài)參數(shù)。
若設計人員試圖開發(fā)尺寸最小、成本最低的電源,低導通阻抗更是加倍的重要。在電源設計中,每個電源常常需要多個ORing MOS管并行工作,需要多個器件來把電流傳送給負載。在許多情況下,設計人員必須并聯(lián)MOS管,以有效降低RDS(ON)。在DC電路中,并聯(lián)電阻性負載的等效阻抗小于每個負載單獨的阻抗值。比如,兩個并聯(lián)的2Ω電阻相當于一個1Ω的電阻。因此,一般來說,一個低RDS(ON)值的MOS管,具備大額定電流,就可以讓設計人員把電源中所用MOS管的數(shù)目減至最少。
除了RDS(ON)之外,在MOS管的選擇過程中還有幾個MOS管參數(shù)也對電源設計人員非常重要。許多情況下,設計人員應該密切關注數(shù)據(jù)手冊上的安全工作區(qū)(SOA)曲線,該曲線同時描述了漏極電流和漏源電壓的關系?;旧?,SOA定義了MOSFET能夠安全工作的電源電壓和電流。在ORing FET應用中,首要問題是:在“完全導通狀態(tài)”下FET的電流傳送能力。實際上無需SOA曲線也可以獲得漏極電流值。
MOSFET在關斷瞬間,會承受到最大的電壓沖擊,這個最大電壓跟負載有很大關系:如果是阻性負載,那就是來自VCC端的電壓,但還需要考慮電源本身的質量,如果電源質量不佳,需要在前級加些必要的保護措施;如果是感性負載,那承受的電壓會大不少,因為電感在關斷瞬間會產(chǎn)生感生電動勢(電磁感應定律),其方向與VCC方向相同(楞次定律),承受的最大電壓為VCC與感生電動勢之和;如果是變壓器負載的話,在感性負載基礎上還需要再加上漏感引起的感應電動勢。
對于以上幾種負載情況,在計算出(或測出)最大電壓后,再留有20%~30%的裕量,就可以確定所需要的MOSFET的額定電壓VDS值。在這里需要說的是,為了更好的成本和更穩(wěn)定的性能,可以選擇在感性負載上并聯(lián)續(xù)流二極管與電感在關斷時構成續(xù)流回路,釋放掉感生能量來保護MOSFET,如果必要,還可以再加上RC緩沖電路(Snubber)來抑制電壓尖峰。(注意二極管方向不要接反。當然,你也可以直接選擇VDS足夠大的MOSFET,前提是你不care成本。)
額定電壓確定后,電流就可以計算出來了。但這里需要考慮兩個參數(shù):一個是連續(xù)工作電流值和脈沖電流尖峰值(Spike和Surge),這兩個參數(shù)決定你應該選多大的額定電流值。
MOS管功率損耗怎么測?
MOSFET/IGBT的開關損耗測試是電源調試中非常關鍵的環(huán)節(jié),但很多工程師對開關損耗的測量還停留在人工計算的感性認知上,PFC MOSFET的開關損耗更是只能依據(jù)口口相傳的經(jīng)驗反復摸索,那么該如何量化評估呢?
1.1功率損耗的原理圖和實測圖
一般來說,開關管工作的功率損耗原理圖如圖 1所示,主要的能量損耗體現(xiàn)在“導通過程”和“關閉過程”,小部分能量體現(xiàn)在“導通狀態(tài)”,而關閉狀態(tài)的損耗很小幾乎為0,可以忽略不計。
實際的測量波形圖一般如圖 2所示。
1.2MOSFET和PFC MOSFET的測試區(qū)別
對于普通MOS管來說,不同周期的電壓和電流波形幾乎完全相同,因此整體功率損耗只需要任意測量一個周期即可。但對于PFC MOS管來說,不同周期的電壓和電流波形都不相同,因此功率損耗的準確評估依賴較長時間(一般大于10ms),較高采樣率(推薦1G采樣率)的波形捕獲,此時需要的存儲深度推薦在10M以上,并且要求所有原始數(shù)據(jù)(不能抽樣)都要參與功率損耗計算,實測截圖如圖 3所示。
開關損耗測試對于器件評估非常關鍵,通過示波器的電源分析軟件,可以快速有效的對器件的功率損耗進行評估,ZDS3000/4000系列示波器免費標配電源分析軟件。
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