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为具体应用恰当的选择MOSFET的技巧

作者:时间:2010-12-07来源:网络收藏


除了RDS(ON)之外,在MOSFET的选择过程中还有几个MOSFET参数也对设计人员非常重要。许多情况下,设计人员应该密切关注数据手册上的安全工作区(SOA)曲线,该曲线同时描述了漏极电流和漏源电压的关系。基本上,SOA定义了MOSFET能够安全工作的电压和电流。在 ORing FET应用中,首要问题是:在完全导通状态下FET的电流传送能力。实际上无需SOA曲线也可以获得漏极电流值。再以FDMS7650为例,该器件的额定电流为36A,故非常适用于服务器应用中所采用的典型-

若设计是实现热插拔功能,SOA曲线也许更能发挥作用。在这种情况下,MOSFET需要部分导通工作。SOA曲线定义了不同脉冲期间的电流和电压限值。

注意刚刚提到的额定电流,这也是值得考虑的热参数,因为始终导通的MOSFET很容易发热。另外,日渐升高的结温也会导致RDS(ON)的增加。MOSFET数据手册规定了热阻抗参数,其定义为MOSFET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MOSFET,即裸片的上表面附近)到封装外表面的热阻抗,在数据手册中有描述。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明与PCB设计的关系,包括镀铜的层数和厚度。

总而言之,RθJC在电源设计团队的控制范围以外,因为它是由所采用的器件封装技术决定。先进的热性能增强型封装,比如飞兆半导体的Power 56,其RθJC 规格在1 和 2 oC/W之间,FDMS7650 的规格为 1.2 oC/W。设计团队可以通过PCB设计来改变 RθJA 。最终,一个稳健的热设计有助于提高系统可靠性, 延长系统平均无故障时间(MTBF)。

开关电源中的MOSFET

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MOSFET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电源中常用的基本降压转换器依赖两个MOSFET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1 MHz以上的频率,因为频率越高,磁性元件可以更小更轻。

用于开关电源应用的MOSFET对
用于开关电源应用的MOSFET对
图2:用于开关电源应用的MOSFET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MOSFET的*估。但我们不妨考虑一些关键的参数,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品质因数(栅极电荷QG ×导通阻抗RDS(ON))来*估MOSFET或对之进行等级划分。

栅极电荷和导通阻抗之所以重要,是因为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形式--传导损耗和开关损耗。

栅极电荷是产生开关损耗的主要原因。栅极电荷单位为纳库仑(nc),是MOSFET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,一般来说,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MOSFET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变不同MOSFET参数的相关品质,例如,可以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MOSFET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) 在这类拓扑中显得更加重要。

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关键词: 电源 DC

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