功率MOSFET應(yīng)用的一些小總結(jié),你值得擁有
什么是功率MOSFET?他有什么作用?從事電源電子行業(yè)的工程師們對(duì)功率MOSFET肯定不陌生,今天小編為大家總結(jié)了一些MOSFET應(yīng)用心得,很經(jīng)典很實(shí)用,不要錯(cuò)過(guò)哦!
功率MOSFET是較常使用的一類功率器件?!癕OSFET”是英文MetalOxideSemicoductorFieldEffectTransistor的縮寫(xiě),譯成中文是“金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管”。它是由金屬、氧化物(SiO2或SiN)及半導(dǎo)體三種材料制成的器件。所謂功率MOSFET(PowerMOSFET)是指它能輸出較大的工作電流(幾安到幾十安),用于功率輸出級(jí)的器件。功率MOSFET可分為增強(qiáng)型和耗盡型,按溝道分又可分為N溝道型和P溝道型。
做開(kāi)關(guān)電源,常用功率MOSFET。一般而言,MOS管制造商采用RDS(ON)參數(shù)來(lái)定義導(dǎo)通阻抗;對(duì)ORing FET應(yīng)用來(lái)說(shuō),RDS(ON)也是最重要的器件特性。數(shù)據(jù)手冊(cè)定義RDS(ON)與柵極(或驅(qū)動(dòng))電壓VGS以及流經(jīng)開(kāi)關(guān)的電流有關(guān),但對(duì)于充分的柵極驅(qū)動(dòng),RDS(ON)是一個(gè)相對(duì)靜態(tài)參數(shù)。
若設(shè)計(jì)人員試圖開(kāi)發(fā)尺寸最小、成本最低的電源,低導(dǎo)通阻抗更是加倍的重要。在電源設(shè)計(jì)中,每個(gè)電源常常需要多個(gè)ORing MOS管并行工作,需要多個(gè)器件來(lái)把電流傳送給負(fù)載。在許多情況下,設(shè)計(jì)人員必須并聯(lián)MOS管,以有效降低RDS(ON)。在DC電路中,并聯(lián)電阻性負(fù)載的等效阻抗小于每個(gè)負(fù)載單獨(dú)的阻抗值。比如,兩個(gè)并聯(lián)的2Ω電阻相當(dāng)于一個(gè)1Ω的電阻。因此,一般來(lái)說(shuō),一個(gè)低RDS(ON)值的MOS管,具備大額定電流,就可以讓設(shè)計(jì)人員把電源中所用MOS管的數(shù)目減至最少。
除了RDS(ON)之外,在MOS管的選擇過(guò)程中還有幾個(gè)MOS管參數(shù)也對(duì)電源設(shè)計(jì)人員非常重要。許多情況下,設(shè)計(jì)人員應(yīng)該密切關(guān)注數(shù)據(jù)手冊(cè)上的安全工作區(qū)(SOA)曲線,該曲線同時(shí)描述了漏極電流和漏源電壓的關(guān)系。基本上,SOA定義了MOSFET能夠安全工作的電源電壓和電流。在ORing FET應(yīng)用中,首要問(wèn)題是:在"完全導(dǎo)通狀態(tài)"下FET的電流傳送能力。實(shí)際上無(wú)需SOA曲線也可以獲得漏極電流值。
做反激的時(shí)候常采用IRF540,其VDSS為100V,RDS=0.055歐,ID為22A。MOSFET在關(guān)斷瞬間,會(huì)承受到最大的電壓沖擊,這個(gè)最大電壓跟負(fù)載有很大關(guān)系:如果是阻性負(fù)載,那就是來(lái)自VCC端的電壓,但還需要考慮電源本身的質(zhì)量,如果電源質(zhì)量不佳,需要在前級(jí)加些必要的保護(hù)措施;如果是感性負(fù)載,那承受的電壓會(huì)大不少,因?yàn)殡姼性陉P(guān)斷瞬間會(huì)產(chǎn)生感生電動(dòng)勢(shì)(電磁感應(yīng)定律),其方向與VCC方向相同(楞次定律),承受的最大電壓為VCC與感生電動(dòng)勢(shì)之和;如果是變壓器負(fù)載的話,在感性負(fù)載基礎(chǔ)上還需要再加上漏感引起的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。
對(duì)于以上幾種負(fù)載情況,在計(jì)算出(或測(cè)出)最大電壓后,再留有20%~30%的裕量,就可以確定所需要的MOSFET的額定電壓VDS值。在這里需要說(shuō)的是,為了更好的成本和更穩(wěn)定的性能,可以選擇在感性負(fù)載上并聯(lián)續(xù)流二極管與電感在關(guān)斷時(shí)構(gòu)成續(xù)流回路,釋放掉感生能量來(lái)保護(hù)MOSFET,如果必要,還可以再加上RC緩沖電路(Snubber)來(lái)抑制電壓尖峰。(注意二極管方向不要接反。當(dāng)然,你也可以直接選擇VDS足夠大的MOSFET,前提是你不care成本。)
額定電壓確定后,電流就可以計(jì)算出來(lái)了。但這里需要考慮兩個(gè)參數(shù):一個(gè)是連續(xù)工作電流值和脈沖電流尖峰值(Spike和Surge),這兩個(gè)參數(shù)決定你應(yīng)該選多大的額定電流值。
場(chǎng)效應(yīng)管是根據(jù)三極管的原理開(kāi)發(fā)出的新一代放大元件,功率MOSFET場(chǎng)效應(yīng)管具有負(fù)的電流溫度系數(shù),可以避免它工作的熱不穩(wěn)定性和二次擊穿,適合于大功率和大電流工作條件下的應(yīng)用。功率MOSFET場(chǎng)效應(yīng)管從驅(qū)動(dòng)模式上看,屬于電壓型驅(qū)動(dòng)控制元件, 驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)比較簡(jiǎn)單,所需驅(qū)動(dòng)功率很小。采用功率MOSFET場(chǎng)效應(yīng)作為開(kāi)關(guān)電源中的功率開(kāi)關(guān),在啟動(dòng)或穩(wěn)態(tài)工作條件下,功率MOSFET場(chǎng)效應(yīng)管的峰值電流要比采用雙極型功率晶體管小得多。
功率場(chǎng)效應(yīng)管與雙極型功率晶體管之間的特性比較如下:
1. 驅(qū)動(dòng)方式:場(chǎng)效應(yīng)管是電壓驅(qū)動(dòng),電路設(shè)計(jì)比較簡(jiǎn)單,驅(qū)動(dòng)功率小;功率晶體管是電流驅(qū)動(dòng),設(shè)計(jì)較復(fù)雜,驅(qū)動(dòng)條件選擇困難,驅(qū)動(dòng)條件會(huì)影響開(kāi)關(guān)速度。
2. 開(kāi)關(guān)速度:場(chǎng)效應(yīng)管無(wú)少數(shù)載流子存儲(chǔ)效應(yīng),溫度影響小,開(kāi)關(guān)工作頻率可達(dá)150KHz以上;功率晶體管有少數(shù)載流子存儲(chǔ)時(shí)間限制其開(kāi)關(guān)速度,工作頻率一般不超過(guò)50KHz。
3. 安全工作區(qū):功率場(chǎng)效應(yīng)管無(wú)二次擊穿,安全工作區(qū)寬;功率晶體管存在二次擊穿現(xiàn)象,限制了安全工作區(qū)。
4. 導(dǎo)體電壓:功率場(chǎng)效應(yīng)管屬于高電壓型,導(dǎo)通電壓較高,有正溫度系數(shù);功率晶體管無(wú)論耐電壓的高低,導(dǎo)體電壓均較低,具有負(fù)溫度系數(shù)。
5. 峰值電流:功率場(chǎng)效應(yīng)管在開(kāi)關(guān)電源中用做開(kāi)關(guān)時(shí),在啟動(dòng)和穩(wěn)態(tài)工作時(shí),峰值電流較低;而功率晶體管在啟動(dòng)和穩(wěn)態(tài)工作時(shí),峰值電流較高。
6. 產(chǎn)品成本:功率場(chǎng)效應(yīng)管的成本略高;功率晶體管的成本稍低。
7. 熱擊穿效應(yīng):功率場(chǎng)效應(yīng)管無(wú)熱擊穿效應(yīng);功率晶體管有熱擊穿效應(yīng)。
8. 開(kāi)關(guān)損耗:場(chǎng)效應(yīng)管的開(kāi)關(guān)損耗很小;功率晶體管的開(kāi)關(guān)損耗比較大。
另外,功率MOSFET場(chǎng)效應(yīng)管大多集成有阻尼二極管,而雙極型功率晶體管大多沒(méi)有集成阻尼二極管。場(chǎng)效應(yīng)管內(nèi)的阻尼二極管可以為開(kāi)關(guān)電源感性線圈提供無(wú)功電流通路。所以,當(dāng)場(chǎng)效應(yīng)管的源極電位高于漏極時(shí),這個(gè)阻尼二極管導(dǎo)通,但在開(kāi)關(guān)電源中不能使用這個(gè)阻尼二極管,需要另外并聯(lián)超快速二極管。場(chǎng)效應(yīng)管內(nèi)的阻尼二極管在關(guān)斷過(guò)程中與一般二極管一樣存在反向恢復(fù)電流。此時(shí)二極管一方面承受著漏-源極之間急劇上升的電壓,另一方面又有反向恢復(fù)電流流過(guò)。以上就是功率MOSFET的相關(guān)解析,希望能給大家?guī)椭?