揭秘高效电源若何挑选适合的MOS管及体例详解

开关电源上的MOS管挑选体例
（一）开关电源上的MOS管挑选体例

在ORing FET利用中，MOS管的感化是开关器件，可是由于办事器类利用中电源不中断任务，这个开关现实上一直处于导通状况。其开关功效只阐扬在启动和关断，和电源呈现毛病之时 。

比拟处置以开关为焦点利用的设想职员，ORing FET利用设想职员明显必需存眷MOS管的差别特征。以办事器为例，在普通任务时代，MOS管只相称于一个导体。是以，ORing FET利用设想职员最关怀的是最小传导消耗。

（二）开关电源上的MOS管挑选体例

明显，电源设想相称庞杂，并且也不一个简略的公式可用于MOS管的评价。但咱们没关系斟酌一些关头的参数，和这些参数为甚么相当首要。传统上，很多电源设想职员都接纳一个综合品德因数(栅极电荷QG ×导通阻抗RDS(ON))来评价MOS管或对之停止品级别离。

栅极电荷和导通阻抗之以是首要，是由于两者都对电源的效力有间接的影响。对效力有影响的消耗首要分为两种情势--传导消耗和开关消耗。

栅极电荷是发生开关消耗的首要缘由。栅极电荷单元为纳库仑(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) 在半导体设想和制作工艺中彼此接洽关系，普通来说，器件的栅极电荷值较低，其导通阻抗参数就稍高。开关电源中第二首要的MOS管参数包罗输出电容、阈值电压、栅极阻抗和雪崩能量。

某些特别的拓扑也会转变差别MOS管参数的相干品德，比方，可以或许或许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，从而可把开关消耗降至最低。这些手艺被成为软开关或零电压开关(ZVS)或零电流开关(ZCS)手艺。由于开关消耗被最小化，RDS(ON) 在这类拓扑中显得加倍首要。

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首要由变压器的泄电感与COSS决议。另外，在两个MOS管关断的死区时候内，谐振电路必须让COSS完整放电。

低输出电容也有益于传统的降压转换器(偶然又称为硬开关转换器)，不过缘由差别。由于每一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频频轮回。是以，低输出电容对同步降压调理器的低边开关特别首要。

MOS管初选根基步骤
1 电压应力

在电源电路利用中，常常起首斟酌漏源电压VDS的挑选。在此上的根基准绳为MOSFET现实任务环境中的最大峰值漏源极间的电压不大于器件规格书中标称漏源击穿电压的 90% 。

即：

VDS_peak ≤ 90% * V(BR)DSS

注：普通地， V(BR)DSS 具备正温度系数。故应取装备最低任务温度前提下之 V(BR)DSS 值作为参考。

2 漏极电流

其次斟酌漏极电流的挑选。根基准绳为MOSFET现实任务环境中的最大周期漏极电流不大于规格书中标称最大漏源电流的90%；漏极脉冲电流峰值不大于规格书中标称漏极脉冲电流峰值的 90% 。

即：

ID_max ≤ 90% * ID

ID_pulse ≤ 90% * IDP

注：普通地，ID_max及ID_pulse具备负温度系数，故应取器件在最大结温前提下之ID_max及ID_pulse值作为参考。器件此参数的挑选是极其不肯定的—首要是受任务环境，散热手艺，器件别的参数（如导通电阻，热阻等）等彼此限定影响而至。终究的鉴定按照是结点温度（即以下第六条之“耗散功率束缚”）。按照经历，在现实利用中规格书目中之ID会比现实最大任务电流大数倍，这是由于散耗功率及温升之限限定束。在初选计较时代还须按照上面第六条的散耗功率束缚不时调剂此参数。倡议初选于 3~5 倍摆布 ID = (3~5)*ID_max 。

3 驱动请求

MOSFEF的驱动请求由其栅极总充电电量（Qg）参数决议。在知足别的参数请求的环境下，尽可以或许挑选Qg小者以便驱动电路的设想。驱动电压挑选在保障阔别最大栅源电压（ VGSS ）前提下使 Ron 尽可以或许小的电压值（普通利用器件规格书中的倡议值）

4 消耗及散热

小的 Ron 值有益于减小导通时代消耗，小的 Rth 值可减小温度差（一样耗散功率前提下），故有益于散热。

5 消耗功率初算

MOSFET 消耗计较首要包罗以下 8 个局部：

即：

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

详细计较公式应按照详细电路及任务前提而定。比方在同步整流的利用场所，还要斟酌体内二极管正向导通时代的消耗和转向停止时的反向规复消耗。消耗计较可参考下文的“MOS管消耗的8个构成局部”局部。

6 耗散功率束缚

器件稳态消耗功率 PD,max 应以器件最大任务结温度限定作为考量按照。如可以或许或许事后晓得器件任务环境温度，则可以或许或许按以下体例预算出最大的耗散功率：

即：

PD,max ≤（ Tj,max - Tamb ）/ Rθj-a

此中Rθj-a是器件结点到其任务环境之间的总热阻包罗Rθjuntion-case,Rθcase-sink,Rθsink-ambiance等。如其间另有绝缘资料还须将其热阻斟酌出来。

揭秘高效电源若何挑选适合的MOS管

在现今的开关电源装备中，MOS管的特征、寄生参数和散热前提城市对MOS管的任务机能发生严重影响。是以深切领会功率MOS管的任务道理和关头参数对电源设想工程师相当首要。

今朝，影响开关电源电源效力最大的两个消耗身分是：导通消耗和开关消耗，以下别离对这两种消耗做详细阐发。

1、导通消耗

导通消耗详细来说是由MOS管的导通阻抗Rds发生的，Rds与栅极驱动电压Vgs和流经MOS管的电流有关。若是想要设想出效力更高、体积更小的电源，必须充实下降导通阻抗。如图1所示是导通阻抗Rds、Vgs和Id的曲线图：

2、开关消耗

栅极电荷Qg是发生开关消耗的首要缘由。栅极电荷是MOS管门极充放电所需的能量，不异电流、电压规格的MOSFET，具备比拟大的栅极电荷象征着在MOS开关进程中会消耗更多的能量。以是，为了尽可以或许下降MOS管的开关消耗，工程师在电源设想进程中须要挑选划一规格下Qg更低的MOS管作为主功率开关管。如图2所示是栅极电荷Qg与Vgs的曲线图：

3、MOS管选型

针对开关电源的利用，美国中间半导体（Central Semi）推出了一系列低Rds和Qg的功率MOSFET。代表型号为CDM2205-800FP，该MOS管具备以下机能上风：

? 最大耐压为800V

? 最大持续电流5A

? 导通阻抗低至2.2Ω

? 栅极电荷Qg仅为17.4nC

如图3所示是CDM2205-800FP在反激开关电源中的利用。在电源设想器件选型中，起首按照电源的输出电压，肯定器件所能蒙受的最大电压，额外电压越大，器件的本钱就越高。而后须要肯定 MOS管的额外电流，该额外电流应当是负载在一切环境下可以或许或许蒙受的最大电流。确保所挑选的MOS管可以或许或许蒙受持续电流和脉冲尖峰。

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