开关电源mos管选型

MOS管最罕见的利用能够或许或许或许是电源中的开关元件，别的，它们对电源输入也大有裨益。办事器和通讯装备等利用普通都设置装备摆设有多个并行电源，以撑持N+1 冗余与延续任务 (图1)。各并行电源均匀分管负载，确保体系即便在一个电源呈现毛病的情况下依然能够或许或许或许延续任务。不过，这类架构还须要一种体例把并行电源的输入毗连在一路，并保障某个电源的毛病不会影响到别的的电源。在每一个电源的输入端，有一个功率MOS管能够或许或许让众电源分管负载，同时各电源又彼此断绝。起这类感化的MOS管被称为"ORing"FET，由于它们实质上是以 "OR" 逻辑来毗连多个电源的输入。

一、开关电源上的MOS管挑选体例

开关电源mos管选型

图1：用于针对N+1冗余拓扑的并行电源节制的MOS管

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、低RDS(ON) 可把BOM及PCB尺寸降至最小

普通而言，MOS管束造商接纳RDS(ON) 参数来界说导通阻抗;对ORing FET利用来讲，RDS(ON) 也是最首要的器件特征。数据手册界说RDS(ON) 与栅极 (或驱动) 电压 VGS 和流经开关的电流有关，但对充实的栅极驱动，RDS(ON) 是一个绝对静态参数。

若设想职员试图开辟尺寸最小、本钱最低的电源，低导通阻抗更是加倍的首要。在电源设想中，每一个电源经常须要多个ORing MOS管并行任务，须要多个器件来把电流传递给负载。在很多情况下，设想职员必须并联MOS管，以有效下降RDS(ON)。

需服膺，在 DC 电路中，并联电阻性负载的等效阻抗小于每一个负载零丁的阻抗值。比方，两个并联的2Ω 电阻相称于一个1Ω的电阻。是以，普通来讲，一个低RDS(ON) 值的MOS管，具备大额外电流，就能够或许或许让设想职员把电源中所用MOS管的数量减至起码。

除RDS(ON)以外，在MOS管的挑选进程中另有几个MOS管参数也对电源设想职员很是首要。很多情况下，设想职员应当紧密亲密存眷数据手册上的宁静任务区(SOA)曲线，该曲线同时描写了漏极电流和漏源电压的干系。根基上，SOA界说了MOSFET能够或许或许或许宁静任务的电源电压和电流。在ORing FET利用中，首要题目是：在"完整导通状况"下FET的电流传递才能。现实上无需SOA曲线也能够或许或许取得漏极电流值。

若设想是完成热插拔功效，SOA曲线或许更能阐扬感化。在这类情况下，MOS管须要局部导通任务。SOA曲线界说了差别脉冲时代的电流和电压限值。

注重方才提到的额外电流，这也是值得斟酌的热参数，由于一直导通的MOS管很轻易发烧。别的，日渐降低的结温也会致使RDS(ON)的增添。MOS管数据手册划定了热阻抗参数，其界说为MOS管封装的半导体结散热才能。RθJC的最简略的界说是结到管壳的热阻抗。细言之，在现实丈量中其代表从器件结(对一个垂直MOS管，即裸片的上外表四周)到封装外外表的热阻抗，在数据手册中有描写。若接纳PowerQFN封装，管壳界说为这个大漏极片的中间。是以，RθJC 界说了裸片与封装体系的热效应。RθJA 界说了从裸片外表到四周情况的热阻抗，并且普通经由过程一个脚注来表明与PCB设想的干系，包罗镀铜的层数和厚度。

三、开关电源中的MOS管

此刻让咱们斟酌开关电源利用，和这类利用若何须要从一个差别的角度来审阅数据手册。从界说上而言，这类利用须要MOS管按期导通和关断。同时，稀有十种拓扑可用于开关电源，这里斟酌一个简略的例子。DC-DC电源中常用的根基降压转换器依靠两个MOS管来履行开关功效(图2)，这些开关瓜代在电感里存储能量，而后把能量开释给负载。今朝，设想职员经常挑选数百kHz甚至1 MHz以上的频次，由于频次越高，磁性元件能够或许或许更小更轻。

四、开关电源上的MOS管挑选体例

开关电源mos管选型

图2：用于开关电源利用的MOS管对。(DC-DC节制器)

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管或对之停止品级分别。

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，普通来讲，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管参数包罗输入电容、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，能够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。

低输入电容(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。别的，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。

低输入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入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，低输入电容对同步降压调理器的低边开关特别首要。

五、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现实任务情况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现实任务情况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—首要是受任务情况，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 。