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如何為具體應(yīng)用選擇恰當(dāng)?shù)腗OSFET

作者: 時(shí)間:2012-09-03 來(lái)源:網(wǎng)絡(luò) 收藏

顯然,電源設(shè)計(jì)相當(dāng)復(fù)雜,而且也沒(méi)有一個(gè)簡(jiǎn)單的公式可用于的評(píng)估。但我們不妨考慮一些關(guān)鍵的參數(shù),以及這些參數(shù)為什么至關(guān)重要。傳統(tǒng)上,許多電源設(shè)計(jì)人員都采用一個(gè)綜合品質(zhì)因數(shù)(柵極電荷QG ×導(dǎo)通阻抗RDS(ON))來(lái)評(píng)估或?qū)χM(jìn)行等級(jí)劃分。

本文引用地址:http://m.butianyuan.cn/article/185814.htm

  柵極電荷和導(dǎo)通阻抗之所以重要,是因?yàn)槎叨紝?duì)電源的效率有直接的影響。對(duì)效率有影響的損耗主要分為兩種形式--傳導(dǎo)損耗和開(kāi)關(guān)損耗。

  柵極電荷是產(chǎn)生開(kāi)關(guān)損耗的主要原因。柵極電荷單位為納庫(kù)侖(nc),是柵極充電放電所需的能量。柵極電荷和導(dǎo)通阻抗RDS(ON) 在半導(dǎo)體設(shè)計(jì)和制造工藝中相互關(guān)聯(lián),一般來(lái)說(shuō),器件的柵極電荷值較低,其導(dǎo)通阻抗參數(shù)就稍高。

  開(kāi)關(guān)電源中第二重要的MOSFET參數(shù)包括輸出電容、閾值電壓、柵極阻抗和雪崩能量。

  某些特殊的拓?fù)湟矔?huì)改變不同MOSFET參數(shù)的相關(guān)品質(zhì),例如,可以把傳統(tǒng)的同步降壓轉(zhuǎn)換器與諧振轉(zhuǎn)換器做比較。諧振轉(zhuǎn)換器只在VDS (漏源電壓)或ID (漏極電流)過(guò)零時(shí)才進(jìn)行MOSFET開(kāi)關(guān),從而可把開(kāi)關(guān)損耗降至最低。這些技術(shù)被成為軟開(kāi)關(guān)或零電壓開(kāi)關(guān)(ZVS)或零電流開(kāi)關(guān)(ZCS)技術(shù)。由于開(kāi)關(guān)損耗被最小化,RDS(ON) 在這類(lèi)拓?fù)渲酗@得更加重要。

  低輸出電容(COSS)值對(duì)這兩類(lèi)轉(zhuǎn)換器都大有好處。諧振轉(zhuǎn)換器中的諧振電路主要由變壓器的漏電感與COSS決定。此外,在兩個(gè)MOSFET關(guān)斷的死區(qū)時(shí)間內(nèi),諧振電路必須讓COSS完全放電。因此,諧振拓?fù)浜芸粗剌^低的COSS。考慮圖3所示的飛兆半導(dǎo)體FDMS7650的COSS與VDS的關(guān)系圖。

  

  圖3:FDMS7650的COSS與VDS的關(guān)系圖。

  低輸出電容也有利于傳統(tǒng)的降壓轉(zhuǎn)換器(有時(shí)又稱(chēng)為硬開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)換器),不過(guò)原因不同。因?yàn)槊總€(gè)硬開(kāi)關(guān)周期存儲(chǔ)在輸出電容中的能量會(huì)丟失,反之在諧振轉(zhuǎn)換器中能量反復(fù)循環(huán)。因此,低輸出電容對(duì)于同步降壓調(diào)節(jié)器的低邊開(kāi)關(guān)尤其重要。

  馬達(dá)控制應(yīng)用的MOSFET

  馬達(dá)控制應(yīng)用是功率MOSFET大有用武之地的另一個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域,這時(shí)最重要的選擇基準(zhǔn)可能又與其它大不相同。不同于現(xiàn)代開(kāi)關(guān)電源,馬達(dá)控制電路不在高頻下開(kāi)關(guān)。典型的半橋式控制電路采用2個(gè)MOSFET (全橋式則采用4個(gè)),但這兩個(gè)MOSFET的關(guān)斷時(shí)間(死區(qū)時(shí)間)相等。對(duì)于這類(lèi)應(yīng)用,反向恢復(fù)時(shí)間(trr) 非常重要。在控制電感式負(fù)載(比如馬達(dá)繞組)時(shí),控制電路把橋式電路中的MOSFET切換到關(guān)斷狀態(tài),此時(shí)橋式電路中的另一個(gè)開(kāi)關(guān)經(jīng)由MOSFET中的體二極管臨時(shí)反向傳導(dǎo)電流。于是,電流重新循環(huán),繼續(xù)為馬達(dá)供電。當(dāng)?shù)谝粋€(gè)MOSFET再次導(dǎo)通時(shí),另一個(gè)MOSFET二極管中存儲(chǔ)的電荷必須被移除,通過(guò)第一個(gè)MOSFET放電,而這是一種能量的損耗,故trr 越短,這種損耗越小。

  所以,若設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)需要在電源電路采用MOSFET,在評(píng)估過(guò)程開(kāi)始之前,需對(duì)手中的應(yīng)用進(jìn)行仔細(xì)全面的考慮。應(yīng)根據(jù)自己的需求而非制造商吹噓的特定規(guī)格來(lái)對(duì)各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)先級(jí)劃分。

  補(bǔ)充:利用IC和封裝設(shè)計(jì)獲得最小的 RDS(ON) 規(guī)格

  在MOSFET的選擇過(guò)程中,評(píng)估參數(shù)的設(shè)計(jì)人員一般通過(guò)仔細(xì)分析相關(guān)規(guī)格來(lái)了解自己到底需要什么。但有時(shí)深入了解IC制造商如何提供工作特性是很有必要的。以RDS(ON)為例,你也許通常期望該規(guī)格只與器件的設(shè)計(jì)及半導(dǎo)體制造工藝有關(guān)。但實(shí)際上,封裝設(shè)計(jì)對(duì)導(dǎo)通阻抗RDS(ON) 的最小化有著巨大的影響。

  封裝對(duì)RDS(ON)的作用巨大是因?yàn)樵搮?shù)主要取決于傳導(dǎo)損耗,而封裝無(wú)疑可以影響傳導(dǎo)損耗??紤]本文正文提及的飛兆半導(dǎo)體FDMS7650 和1mΩ導(dǎo)通阻抗。該器件能獲得較低RDS(ON) 值,大約一半原因可歸結(jié)于封裝設(shè)計(jì)。其封裝采用一種堅(jiān)固的銅夾技術(shù)取代常用的鋁或金鍵合引線(xiàn)來(lái)連接源極和引線(xiàn)框架。這種方案把封裝阻抗降至最小,并降低了源極電感,源極電感是開(kāi)關(guān)器件產(chǎn)生振鈴的主要原因。


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