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        為具體應用恰當的選擇MOSFET的技巧

        作者: 時間:2010-12-07 來源:網絡 收藏


        除了RDS(ON)之外,在MOSFET的選擇過程中還有幾個MOSFET參數也對設計人員非常重要。許多情況下,設計人員應該密切關注數據手冊上的安全工作區(SOA)曲線,該曲線同時描述了漏極電流和漏源電壓的關系。基本上,SOA定義了MOSFET能夠安全工作的電壓和電流。在 ORing FET應用中,首要問題是:在完全導通狀態下FET的電流傳送能力。實際上無需SOA曲線也可以獲得漏極電流值。再以FDMS7650為例,該器件的額定電流為36A,故非常適用于服務器應用中所采用的典型-

        若設計是實現熱插拔功能,SOA曲線也許更能發揮作用。在這種情況下,MOSFET需要部分導通工作。SOA曲線定義了不同脈沖期間的電流和電壓限值。

        注意剛剛提到的額定電流,這也是值得考慮的熱參數,因為始終導通的MOSFET很容易發熱。另外,日漸升高的結溫也會導致RDS(ON)的增加。MOSFET數據手冊規定了熱阻抗參數,其定義為MOSFET封裝的半導體結散熱能力。RθJC的最簡單的定義是結到管殼的熱阻抗。細言之,在實際測量中其代表從器件結(對于一個垂直MOSFET,即裸片的上表面附近)到封裝外表面的熱阻抗,在數據手冊中有描述。若采用PowerQFN封裝,管殼定義為這個大漏極片的中心。因此,RθJC 定義了裸片與封裝系統的熱效應。RθJA 定義了從裸片表面到周圍環境的熱阻抗,而且一般通過一個腳注來標明與PCB設計的關系,包括鍍銅的層數和厚度。

        總而言之,RθJC在電源設計團隊的控制范圍以外,因為它是由所采用的器件封裝技術決定。先進的熱性能增強型封裝,比如飛兆半導體的Power 56,其RθJC 規格在1 和 2 oC/W之間,FDMS7650 的規格為 1.2 oC/W。設計團隊可以通過PCB設計來改變 RθJA 。最終,一個穩健的熱設計有助于提高系統可靠性, 延長系統平均無故障時間(MTBF)。

        開關電源中的MOSFET

        現在讓我們考慮開關電源應用,以及這種應用如何需要從一個不同的角度來審視數據手冊。從定義上而言,這種應用需要MOSFET定期導通和關斷。同時,有數十種拓撲可用于開關電源,這里考慮一個簡單的例子。-DC電源中常用的基本降壓轉換器依賴兩個MOSFET來執行開關功能(圖 2),這些開關交替在電感里存儲能量,然后把能量釋放給負載。目前,設計人員常常選擇數百kHz乃至1 MHz以上的頻率,因為頻率越高,磁性元件可以更小更輕。

        用于開關電源應用的MOSFET對
        用于開關電源應用的MOSFET對
        圖2:用于開關電源應用的MOSFET對。(DC-DC控制器)

        顯然,電源設計相當復雜,而且也沒有一個簡單的公式可用于MOSFET的*估。但我們不妨考慮一些關鍵的參數,以及這些參數為什么至關重要。傳統上,許多電源設計人員都采用一個綜合品質因數(柵極電荷QG ×導通阻抗RDS(ON))來*估MOSFET或對之進行等級劃分。

        柵極電荷和導通阻抗之所以重要,是因為二者都對電源的效率有直接的影響。對效率有影響的損耗主要分為兩種形式--傳導損耗和開關損耗。

        柵極電荷是產生開關損耗的主要原因。柵極電荷單位為納庫侖(nc),是MOSFET柵極充電放電所需的能量。柵極電荷和導通阻抗RDS(ON) 在半導體設計和制造工藝中相互關聯,一般來說,器件的柵極電荷值較低,其導通阻抗參數就稍高。

        開關電源中第二重要的MOSFET參數包括輸出電容、閾值電壓、柵極阻抗和雪崩能量。

        某些特殊的拓撲也會改變不同MOSFET參數的相關品質,例如,可以把傳統的同步降壓轉換器與諧振轉換器做比較。諧振轉換器只在VDS (漏源電壓)或ID (漏極電流)過零時才進行MOSFET開關,從而可把開關損耗降至最低。這些技術被成為軟開關或零電壓開關(ZVS)或零電流開關(ZCS)技術。由于開關損耗被最小化,RDS(ON) 在這類拓撲中顯得更加重要。

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        關鍵詞: 電源 DC

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