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电源MOS管开关选型五步曲

作者:立深鑫电子        发布时间:08-19        点击:
摘要 : 最近发现有网民朋友在互联网上搜索关于电源mos管开关如何正确选型?这个问题,我们作为知名MOS管品牌一级代理商,今天就从专业角度专门为大家介绍下。
最近发现有网民朋友在互联网上搜索关于电源mos管开关如何正确选型?这个问题,我们作为知名MOS管品牌一级代理商,今天就从专业角度专门为大家介绍下。

一、电源上的MOS管开关选择方法

在ORingFET应运中,其实mos管角色是开关器件,在服务器类应运中电源连续不断运行,这样一来开关基本上始终保持处在导通模式。其开关功能模块只起到在运行和关闭,还有电源发生常见故障之时。

相比较长期从事以开关为关键应用的制作人士,ORingFET应用制作人士很明显都要了解mos管开关的各种基本特征。以服务器为例,在正常的作业过程中,mos管开关只相当于一个导体。从而,ORingFET应用制作人士最关切的是最小传导自然损耗。


MOS管电路图

二、低RDS(ON)可把BOM及PCB尺寸降至最小

通常来说,mos管开关生产制造商使用RDS(ON)技术参数来理解导通阻抗;对ORingFET使用来讲,RDS(ON)也是最重要的电子元器件特征。

数据资料参考手册理解RDS(ON)与栅极(或驱动)电压VGS以及流经开关的电流有关系,但相对于多方面的栅极驱动,RDS(ON)是一个相对静态技术参数。

三、需牢记,在DC电路中,并联电阻性负荷的等效阻抗小于每一个负荷独立的阻抗值。

许多情况下,设计工作人员应该密切关注数据资料参考手册上的安全工作区(SOA)曲线,该曲线同時描述了漏极电流和漏源电压的的关系。

一般来说,SOA理解了MOSFET能够安全工作的电源电压和电流。

在ORingFET使用中,关键的问题是:在"完全导通状态"下FET的电流传送工作能力。

四、事实上无需SOA曲线也能获得漏极电流值。

若开发人员试图开发尺寸最小、成本最低的电源,低导通阻抗更是加倍的重要。在电源设计中,每个电源常常必须要多个ORingmos管开关并行工作,必须要多个器件来把电流传送给负载。在许多情况下,开发人员必须并联mos管开关,以有效降低RDS(ON)。

若开发是实现热插拔功能,SOA曲线或许更能充分发挥作用。在这个情况下,mos管开关需要部分导通工作。SOA曲线定义了不相同脉冲期间的电流和电压限值。

要注意刚刚不久说起的额定电流,这也是值得考虑的热技术指标,因为始终导通的mos管开关很容易发热。另外,日渐升高的结温也会导致RDS(ON)的增加。mos管开关资料手册规定了热阻抗技术指标,其定义为mos管开关封装的半导体结散热能力。RθJC的最简单的定义是结到管壳的热阻抗。细言之,在实际测量中其代表从器件结(对于一个垂直mos管开关,即裸片的上表面附近)到封装外表面的热阻抗,在资料手册中有阐述。若采用PowerQFN封装,管壳定义为这个大漏极片的中心。因此,RθJC定义了裸片与封装系统的热效应。RθJA定义了从裸片表面到周围环境的热阻抗,而且一般通过一个脚注来标出来与PCB设计的的关系,其中包括镀铜的层数和厚度。

现在让我们考虑开关电源应用,以及这种应用如何需要从一个不同的角度来审视数据手册。从定义上而言,这种应用需要mos管开关定期导通和关断。同时,有数十种拓扑可用于开关电源,这里考虑一个简单的例子。DC-DC电源中常用的基本降压转换器依赖两个mos管开关来执行开关功能(图2),这些开关交替在电感里存储能量,然后把能量释放给负载。目前,设计人员常常选择数百kHz乃至1MHz以上的频率,因为频率越高,磁性元件可以更小更轻。

很显然,电源设计非常的复杂,而且还没有1个简易的公式可用来mos管开关的评诂。但大家不如考虑一些重要的参数,以及这类参数为何尤为重要。传统上,很多电源设计技术人员都选用1个综合性品质因数(栅极电荷QG×导通阻抗RDS(ON))来评诂mos管开关或对之进行等级划分。

栅极电荷和导通阻抗之所以重要,是由于两者都对电源的效率有直接的影响。对效率有影响的损耗关键可分为二种形式--传导损耗和开关损耗。

栅极电荷是产生开关损耗的关键根本原因。栅极电荷单位为纳库仑(nc),是mos管开关栅极充电放电所需的能量。栅极电荷和导通阻抗RDS(ON)在半导体设计和制造工艺中相互关联,通常情况下,元器件的栅极电荷值较低,其导通阻抗参数就稍高。开关电源中第二重要的mos管开关参数包括输出电容、阈值电压、栅极阻抗和雪崩能量。

一些特殊性的拓扑也会改变不一样mos管开关参数的相关品质,比如,能够把传统的同步降压转换器与谐振转换器做比较。谐振转换器只在VDS(漏源电压)或ID(漏极电流)过零时才进行mos管开关开关,进而可把开关损耗降至最低。这类技术被成为软开关或零电压开关(ZVS)或零电流开关(ZCS)技术。这是因为开关损耗被最小化,RDS(ON)在这类拓扑中显得更为重要。

低输出电容(COSS)值对这两类转换器都大有好处。谐振转换器中的谐振电路关键由变压器的漏电感与COSS决定。此外,在两个mos管开关关断的死区时间内,谐振电路必须让COSS完全放电。

低输出电容也有利于传统的降压转换器(有时又称为硬开关转换器),但是根本原因不一样。这是因为每一个硬开关周期存储在输出电容中的能量会丢失,反之在谐振转换器中能量反复循环。因此,低输出电容对于同步降压调节器的低边开关尤其重要。

五、mos管开关初选基本步骤

1、电压应力

在电源电路使用中,通常先要考虑漏源电压VDS的选择。在此上的基本原则为MOSFET实际工作环境中的最大峰值漏源极间的电压不大于元器件规格书中标称漏源击穿电压的90%。

即:VDS_peak≤90%*V(BR)DSS

注:一般地,V(BR)DSS具有正温度系数。故应取设备最低工作温度条件下之V(BR)DSS值做为参考。

2、漏极电流

其次考虑漏极电流的选择。基本原则为MOSFET实际工作环境中的最

3、驱动要求

MOSFEF的驱动要求由其栅极总充电电量(Qg)参数决定。在满足其它参数要求的情况下,尽量选择Qg小者以便驱动电路的设计。驱动电压选择在保证远离最大栅源电压(VGSS)前提下使Ron尽量小的电压值(一般使用器件规格书中的建议值)

4、损耗及散热

小的Ron值有利于减小导通期间损耗,小的Rth值可减小温度差(同样耗散功率条件下),故有利于散热。

5、损耗功率初算

MOSFET损耗计算主要包含如下8个部分:

即:PD=Pon+Poff+Poff_on+Pon_off+Pds+Pgs+Pd_f+Pd_recover

详细计算公式应根据具体电路及工作条件而定。例如在同步整流的应用场合,还要考虑体内二极管正向导通期间的损耗和转向截止时的反向恢复损耗。损耗计算可参考下文的“mos管开关损耗的8个组成部分”部分。

6、耗散功率约束

器件稳态损耗功率PD,max应以器件最大工作结温度限制作为考量依据。如能够预先知道器件工作环境温度,则可以按如下方法估算出最大的耗散功率:

即:PD,max≤(Tj,max-Tamb)/Rθj-a

其中Rθj-a是器件结点到其工作环境之间的总热阻包括Rθjuntion-case,Rθcase-sink,Rθsink-ambiance等。如其间还有绝缘材料还须将其热阻考虑进去。

好了,今天关于mos管如何选型就和大家分享到这里,如您需要了解更多关于mos管开关产品采购及mos管开关价格方面的咨询,可以随时联系我们。