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同步整流器與開關MOS在功率電源的耗散

www.techfy.tw 2017/2/6 10:38:18 來源:互聯網 電力電子論壇|免費發布產品

  在大功率電源當中,MOS器件的消耗至關重要。其很有可能關系到電源的整體效率。在之前的文章中,小編為大家介紹了一些功率耗散的方法,在本文中,小編將為大家介紹同步整流器耗散與開關MOSFET的耗散的相關知識。

  同步整流器的耗散

  對于除最大負載外的所有負載,在開、關過程中,同步整流器的MOSFET的漏源電壓通過捕獲二極管箝制。因此,同步整流器沒有引致開關損耗,使其功率耗散易于計算。需要考慮只是電阻耗散。

  最壞情況下損耗發生在同步整流器負載系數最大的情況下,即在輸入電壓為最大值時。通過使用同步整流器的RDS(ON)HOT和負載系數以及歐姆定律,就可以計算出功率耗散的近似值:

  PDSYNCHRONOUSRECTIFIER=[ILOAD2×RDS(ON)HOT]×[1>-)]

  開關MOSFET的耗散

  開關MOSFET電阻損耗的計算與同步整流器的計算相仿,采用其(不同的)負載系數和RDS(ON)HOT:PDRESISTIVE=[ILOAD2×RDS(ON)HOT]×(VOUT/VIN)

  由于它依賴于許多難以定量且通常不在規格參數范圍、對開關產生影響的因素,開關MOSFET的開關損耗計算較為困難。在下面的公式中采用粗略的近似值作為評估一個MOSFET的第一步,并在以后在實驗室內對其性能進行驗證:PDSWITCHING=(CRSS×VIN2×fSW×ILOAD)/IGATE。

  其中CRSS為MOSFET的反向轉換電容(一個性能參數),fSW為開關頻率,而IGATE為MOSFET的啟動閾值處(柵極充電曲線平直部分的VGS)的MOSFET柵極驅動的吸收電流和的源極電流。

  一旦根據成本(MOSFET的成本是它所屬于那一代產品的非常重要的功能)將選擇范圍縮小到特定的某一代MOSFET,那一代產品中功率耗散最小的就是具有相等電阻損耗和開關損耗的型號。若采用更小(更快)的器件,則電阻損耗的增加幅度大于開關損耗的減小幅度。

  而采用更大[RDS(ON)低]的器件中,則開關損耗的增加幅度大于電阻損耗的減小幅度。

  如果VIN是變化的,必須同時計算在VIN(MAX)和VIN(MIN)處的開關MOSFET的功率耗散。MOSFET最壞情況下功率耗散將出現在最小或最大輸入電壓處。耗散為兩個函數的和:在VIN(MIN)(較高的負載系數)處達到最大的電阻耗散,和在VIN(MAX)(由于VIN2的影響)處達到最大的開關耗散。最理想的選擇略等于在VIN極值的耗散,它平衡了VIN范圍內的電阻耗散和開關耗散。

  如果在VIN(MIN)處的耗散明顯較高,電阻損耗為主。在這種情況下,可以考慮采用較大的開關MOSFET,或并聯多個以達到較低的RDS(ON)值。但如果在VIN(MAX)處的耗散明顯較高,則可以考慮減小開關MOSFET的尺寸(如果采用多個器件,或者可以去掉MOSFET)以使其可以更快地開關。

  如果所述電阻和開關損耗平衡但還是太高,有幾個處理方式:

  改變題目設定。例如,重新設定輸入電壓范圍;改變開關頻率,可以降低開關損耗,且可能使更大、更低的RDS(ON)值的開關MOSFET成為可能;增大柵極驅動電流,降低開關損耗。MOSFET自身最終限制了柵極驅動電流的內部柵極電阻,實際上局限了這一方案;采用可以更快同時開關并具有更低RDS(ON)值和更低的柵極電阻的改進的MOSFET技術。

  由于元器件選擇數量范圍所限,超出某一特定點對MOSFET尺寸進行精確調整也許不太可能,其底線在于MOSFET在最壞情況下的功率必須得以耗散。

  本文主要為大家介紹了在大功率電源當中MOS器件耗散的兩種方式。通過對這兩種方式的講解,詳細大家都能夠對其中的一些關鍵點理解透徹。在之后的內容中,小編將繼續為大家帶來更多相關內容,請持續關注電源的更多技術文章。

 

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