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功率 MOSFET 正向导通时可用一电阻等效,该电阻与温度有关,温度升高,该电
阻变大;它还与门极驱动电压的大小有关,驱动电压升高,该电阻变小。详细的
关系曲线可从制造商的手册中获得。
即内部二极管的等效电路,可用一电压降等效,此二极管为MOSFET 的体二极管,
多数情况下,因其特性很差,要避免使用。
功率 MOSFET 在门级控制下的反向导通,也可用一电阻等效,该电阻与温度有关,
温度升高,该电阻变大;它还与门极驱动电压的大小有关,驱动电压升高,该电
阻变小。详细的关系曲线可从制造商的手册中获得。
此工作状态称为MOSFET 的同步整流工作,是低压大电流输出开关电源中非常重
要的一种工作状态。
功率 MOSFET 正向截止时可用一电容等效,其容量与所加的正向电压、环境温度
等有关,大小可从制造商的手册中获得。
当门极不加控制时,其反向导通的稳态工作点同二极管。
-- 门极与源极间的电压
V
gs
控制器件的导通状态;当
V
gs
<
V
th
时,器件处于断开状态,
V
th
一般为 3V;当
V
gs
>
V
th
时,器件处于导通状态;器件的通态电阻与
V
gs
有关,
V
gs
大,
通态电阻小;多数器件的
V
gs
为 12V-15V ,额定值为+-30V;
-- 器件的漏极电流额定是用它的有效值或平均值来标称的;只要实际的漏极电流有效值没有
超过其额定值,保证散热没问题,则器件就是安全的;
-- 器件的通态电阻呈正温度系数,故原理上很容易并联扩容,但实际并联时,还要考虑驱动
的对称性和动态均流问题;
-- 目前的 Logic-Level的功率 MOSFET,其
V
gs
只要 5V,便可保证漏源通态电阻很小;
-- 器件的同步整流工作状态已变得愈来愈广泛,原因是它的通态电阻非常小(目前最小的为
2-4 毫欧),在低压大电流输出的DC/DC 中已是最关键的器件;
实际的功率MOSFET 可用三个结电容,三个沟道电阻,和一个内部二极管及一个
理想MOSFET 来等效。三个结电容均与结电压的大小有关,而门极的沟道电阻一
般很小,漏极和源极的两个沟道电阻之和即为MOSFET 饱和时的通态电阻。
(2):MOSFET 的电压和电流波形:
(3):开关过程原理:
-- 在
t
0
前,MOSFET 工作于截止状态,
t
0
时,MOSFET 被驱动开通;
-- [
t
0
-
t
1
]区间,MOSFET 的GS 电压经
V
gg
对C
gs
充电而上升,在
t
1
时刻,到达维持电压
V
th
,
MOSFET 开始导电;
-- [
t
1
-
t
2
]区间,MOSFET 的DS 电流增加,Millier 电容在该区间内因DS 电容的放电而放电,对
GS 电容的充电影响不大;
-- [
t
2
-
t
3
]区间,至t2 时刻,MOSFET 的DS 电压降至与Vgs 相同的电压,Millier 电容大大增加,
外部驱动电压对Millier 电容进行充电,GS 电容的电压不变,Millier 电容上电压增加,而DS
电容上的电压继续减小;
-- [
t
3
-
t
4
]区间,至t3 时刻,MOSFET 的DS 电压降至饱和导通时的电压,Millier 电容变小并和
GS 电容一起由外部驱动电压充电,GS 电容的电压上升,至t4 时刻为止。此时GS 电容电压
已达稳态,DS 电压也达最小,即稳定的通态压降。
-- 在
t
5
前,MOSFET 工作于导通状态,
t
5
时,MOSFET 被驱动关断;
-- [
t
5
-
t
6
]区间,MOSFET 的
C
gs
电压经驱动电路电阻放电而下降,在
t
6
时刻,MOSFET 的通态
电阻微微上升,DS 电压梢稍增加,但DS 电流不变;
-- [
t
6
-
t
7
]区间,在
t
6
时刻,MOSFET 的Millier 电容又变得很大,故GS 电容的电压不变,放电
电流流过Millier 电容,使DS 电压继续增加;
-- [
t
7
-
t
8
]区间,至
t
7
时刻,MOSFET 的DS 电压升至与Vgs 相同的电压,Millier 电容迅速减小,
GS 电容开始继续放电,此时DS 电容上的电压迅速上升,DS 电流则迅速下降;
-- [
t
8
-
t
9
]区间,至
t
8
时刻,GS 电容已放电至Vth,MOSFET 完全关断;该区间内GS 电容继续
放电直至零。
(2):因二极管反向恢复引起的MOSFET 开关波形:
该公式对控制整流和同步整流均适用
该公式在体二极管导通时适用
为MOSFET 器件与二极管回路中的所有分布电感只和。一般也可将这个损耗看成器件的感性关断损耗。
考虑二极管反向恢复后:
关断损耗:
驱动损耗:
(A):根据电源规格,合理选择MOSFET 器件(见下表):
(B):选择时,如工作电流较大,则在相同的器件额定参数下,
-- 应尽可能选择正向导通电阻小的 MOSFET;
(2):选择步骤
(A):根据电源规格,计算所选变换器中MOSFET 的稳态参数:
(B):从器件商的DATASHEET 中选择合适的MOSFET,可多选一些以便实验时比较;
(C):从所选的MOSFET 的其它参数,如正向通态电阻,结电容等等,估算其工作时的最大损
耗,与其它元器件的损耗一起,估算变换器的效率;
(2):要求