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mos管开关电源、开关电源上的mos管选择的特征以及的作用

信息来源:本站 日期:2017-08-23 

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开关电源中的MOS管

今天我们在来一同学习下开关电源上面要怎样选择MOS管吧,看下开关电源上面选用MOS管应留意那些东西,哪些参数是MOS管在开关电源中起着决议性作用的,请往下看。
如今让我们思索开关电源应用,以及这种应用如何需求从一个不同的角度来审视数据手册。从定义上而言,这种应用需求MOS管定期导通和关断。同时,有数十种拓扑可用于开关电源,这里思索一个简单的例子。DC-DC电源中常用的根本降压转换器依赖两个MOS管来执行开关功用(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1 MHz以上的频率,由于频率越高,磁性元件能够更小更轻。

开关电源上的MOS管选择办法图2:用于开关电源应用的MOS管对。(DC-DC控制器)显然,电源设计相当复杂,而且也没有一个简单的公式可用于MOS管的评价。但我们无妨思索一些关键的参数,以及这些参数为什么至关重要。传统上,许多电源设计人员都采用一个综合质量因数(栅极电荷QG ×导通阻抗RDS(ON))来评价MOS管或对之停止等级划分。

mos管

栅极电荷和导通阻抗之所以重要,是由于二者都对电源的效率有直接的影响。对效率有影响的损耗主要分为两种方式--传导损耗和开关损耗。

栅极电荷是产生开关损耗的主要缘由。栅极电荷单位为纳库仑(nc),是MOS管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互相关联,普通来说,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管参数包括输出电容、阈值电压、栅极阻抗和雪崩能量。

某些特殊的拓扑也会改动不同MOS管参数的相关质量,例如,能够把传统的同步降压转换器与谐振转换器做比拟。谐振转换器只在VDS (漏源电压)或ID (漏极电流)过零时才停止MOS管开关,从而可把开关损耗降至最低。这些技术被成为软开关或零电压开关(ZVS)或零电流开关(ZCS)技术。由于开关损耗被最小化,RDS(ON) 在这类拓扑中显得愈加重要。

低输出电容(COSS)值对这两类转换器都大有益处。谐振转换器中的谐振电路主要由变压器的漏电感与COSS决议。

此外,在两个MOS管关断的死区时间内,谐振电路必需让COSS完整放电。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),不过缘由不同。由于每个硬开关周期存储在输出电容中的能量会丧失,反之在谐振转换器中能量重复循环。因而,低输出电容关于同步降压调理器的低边开关特别重要。

开关电源上的MOS管选择办法

MOS管最常见的应用可能是电源中的开关元件,此外,它们对电源输出也大有裨益。效劳器和通讯设备等应用普通都配置有多个并行电源,以支持N+1 冗余与持续工作 (图1)。各并行电源均匀分担负载,确保系统即便在一个电源呈现毛病的状况下依然可以继续工作。不过,这种架构还需求一种办法把并行电源的输出衔接在一同,并保证某个电源的毛病不会影响到其它的电源。在每个电源的输出端,有一个功率MOS管能够让众电源分担负载,同时各电源又彼此隔离 。起这种作用的MOS管被称为"ORing"FET,由于它们实质上是以 "OR" 逻辑来衔接多个电源的输出。
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开关电源上的MOS管选择办法图1:用于针对N+1冗余拓扑的并行电源控制的MOS管在ORing FET应用中,MOS管的作用是开关器件,但是由于效劳器类应用中电源不连续工作,这个开关实践上一直处于导通状态。其开关功用只发挥在启动和关断,以及电源呈现缺点之时 。

相比从事以开关为中心应用的设计人员,ORing FET应用设计人员显然必需关注MOS管的不同特性。以效劳器为例,在正常工作期间,MOS管只相当于一个导体。因而,ORing FET应用设计人员最关怀的是最小传导损耗。

低RDS(ON) 可把BOM及PCB尺寸降至最小

普通而言,MOS管制造商采用RDS(ON) 参数来定义导通阻抗;对ORing FET应用来说,RDS(ON) 也是最重要的器件特性。数据手册定义RDS(ON) 与栅极 (或驱动) 电压 VGS 以及流经开关的电流有关,但关于充沛的栅极驱动,RDS(ON) 是一个相对静态参数。

若设计人员试图开发尺寸最小、本钱最低的电源,低导通阻抗更是加倍的重要。在电源设计中,每个电源常常需求多个ORing MOS管并行工作,需求多个器件来把电传播送给负载。在许多状况下,设计人员必需并联MOS管,以有效降低RDS(ON)。

需谨记,在 DC 电路中,并联电阻性负载的等效阻抗小于每个负载单独的阻抗值。比方,两个并联的2Ω 电阻相当于一个1Ω的电阻 。因而,普通来说,一个低RDS(ON) 值的MOS管,具备大额定电流,就能够让设计人员把电源中所用MOS管的数目减至最少。

除了RDS(ON)之外,在MOS管的选择过程中还有几个MOS管参数也对电源设计人员十分重要。许多状况下,设计人员应该亲密关注数据手册上的平安工作区(SOA)曲线,该曲线同时描绘了漏极电流和漏源电压的关系。根本上,SOA定义了MOSFET可以平安工作的电源电压和电流。在ORing FET应用中,首要问题是:在"完整导通状态"下FET的电传播送才能。实践上无需SOA曲线也能够取得漏极电流值。

若设计是完成热插拔功用,SOA曲线或许更能发挥作用。在这种状况下,MOS管需求局部导通工作。SOA曲线定义了不同脉冲期间的电流和电压限值。

留意刚刚提到的额定电流,这也是值得思索的热参数,由于一直导通的MOS管很容易发热。另外,日渐升高的结温也会招致RDS(ON)的增加。MOS管数据手册规则了热阻抗参数,其定义为MOS管封装的半导体结散热才能。RθJC的最简单的定义是结到管壳的热阻抗。细言之,在实践丈量中其代表从器件结(关于一个垂直MOS管,即裸片的上外表左近)到封装表面面的热阻抗,在数据手册中有描绘。若采用PowerQFN封装,管壳定义为这个大漏极片的中心。因而,RθJC 定义了裸片与封装系统的热效应。RθJA 定义了从裸片外表到四周环境的热阻抗,而且普通经过一个脚注来标明与PCB设计的关系,包括镀铜的层数和厚度。



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