在升壓變換器中利用新型MOSFET減少開關損耗

圖5通態電阻比較

圖6關斷波形比較

圖7關斷損耗比較

圖8柵極電壓Vgs關斷波形

耗，提高效率，主要途徑是：

　　（1）選用低開關損耗的MOSFET；

　　（2）選用低等效串聯電阻（ESR）的電容器C1和C5；

　　（3）選用低等效電阻的電感線圈L1；

　　（4）選用低導通電阻和低通態電壓的二極管D1。

　　關于L1和輸出電容C5數值選擇可根據式（7）和式（9）求出。輸出電流IO=PO/VO=70W/120V≈0.6A，開關周期Ts=1/fs=1/80kHz=12.5μs，Vi=50V，設最大占空比Dmax=0.73，代入式（7）可得：L=×0.73×12.5×10－6

=2.5×10－3H=2.5mH

　　紋波電壓Δvo=120V×1％=1.2V，VO=120V，DTs=9.1μs，設負載電阻R=200Ω，代入式（9）可得：C5==4.55μF

　　考慮在輸出負載瞬時變化時能安全運行，可選用500μF/200V低ESR的電容器。

　　選用低損耗的MOSFET是提高升壓變換器效率的關鍵一環。目前快捷公司推出的新一代MOSFET—QFET系列產品，則具有低損耗特征。

32QFET的主要特點

　　QFET是新一代MOSFET。在芯片結構上，采用了條狀P＋槽（或P＋阱）替代了傳統MOSFET有源區中的蜂窩狀P＋槽，并形成柱面結，從而在相同的擊穿電壓下可使用較低電阻率的外延層（N－），因而有較低的導通電阻Rds(on)。同時，通過對柵極氧化層的控制，有較低的柵極電荷Qg。

　　在QFET系列產品中，FQP10N20(200V/10A)適合于在彩色顯示器電源中用作開關。FQP10N20采用TO220封裝，Rds(on)=0.28Ω（典型值），Qg=13.5nC（典型值），與電壓和電流容量相同并采用相同封裝的普通MOSFET比較，Rds(on)減少近20％，Qg約減小40％。圖4和圖5分別為FQP10N20與普通MOSFET的Rds(on)和Qg比較曲線。

33采用QFET替代普通MOSFET的效果

　　在圖3所示的升壓變換器中，當工作條件相同時，采用FQP10N20與普通器件其開關關斷波形比較如圖6所示。從圖6可知，QFET的Vds電壓上升時間和Id電流下降時間要比電壓與電流容量相當的普通MOSFET都快。

　　圖7為FQP10N20與普通MOSFET關斷損耗波形比較。波形面積與器件關斷期間的能耗成正比，由于QFET的波形面積小于普通MOSFET，故有較低的關斷損耗。圖8示出了關斷期間柵－源極之間電壓Vgs的波形對比。由于QFET有較小的柵極電荷，所以Vgs的關斷下降時間比普通MOSFET短。

　　圖9為在不同工作頻率下對升壓變換器測試所獲得的數據繪制的效率曲線。由圖9可知，采用FQP10N20(QFET)替代普通MOSFET，效率有（2～4）％的提高。并且隨頻率增加，QFET對效率的改進更加明顯。

圖9在相同工作條件下效率比較

4結語

　　設計高效開關電源，重點是選用低開關損耗的功率MOSFET。快捷半導體推出的QFET新一代MOSFET，具有低開通電阻和小柵極電荷特性，實現了低開關損耗和驅動損耗，從而提高了電源效率。