浅析开关电源MOS的损耗计算与选型原则.doc

《浅析开关电源MOS的损耗计算与选型原则.doc》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、浅析开关电源MOS的损耗计算与选型原则　　MOS设计选型的几个基本原则　　建议初选之基本步骤：　　1电压应力　　在电源电路应用中，往往首先考虑漏源电压VDS的选择。在此上的基本原则为MOSFET实际工作环境中的最大峰值漏源极间的电压不大于器件规格书中标称漏源击穿电压的90%。即：　　VDS_peak≤90%*V(BR)DSS　　注：一般地，V(BR)DSS具有正温度系数。故应取设备最低工作温度条件下之V(BR)DSS值作为参考。　　2漏极电流　　其次考虑漏极电流的选择。基本原则为MOSFET实际工作环境中的最大周期漏极电流不大于规格书中标称最大漏源电流的90%；漏极

2、脉冲电流峰值不大于规格书中标称漏极脉冲电流峰值的90%即：　　ID_max≤90%*ID　　ID_pulse≤90%*IDP　　注：一般地，ID_max及ID_pulse具有负温度系数，故应取器件在最大结温条件下之ID_max及ID_pulse值作为参考。器件此参数的选择是极为不确定的—主要是受工作环境，散热技术，器件其它参数（如导通电阻，热阻等）等相互制约影响所致。最终的判定依据是结点温度（即如下第六条之“耗散功率约束”）。根据经验，在实际应用中规格书目中之ID会比实际最大工作电流大数倍，这是因为散耗功率及温升之限制约束。在初选计算时期还须根据下面第六条的散耗功率

3、约束不断调整此参数。建议初选于3~5倍左右ID=(3~5)*ID_max。　　3驱动要求　　MOSFEF的驱动要求由其栅极总充电电量（Qg）参数决定。在满足其它参数要求的情况下，尽量选择Qg小者以便驱动电路的设计。驱动电压选择在保证远离最大栅源电压（VGSS）前提下使Ron尽量小的电压值（一般使用器件规格书中的建议值）　　4损耗及散热　　小的Ron值有利于减小导通期间损耗，小的Rth值可减小温度差（同样耗散功率条件下），故有利于散热。　　5损耗功率初算　　MOSFET损耗计算主要包含如下8个部分：　　PD=Pon+Poff+Poff_on+Pon_off+Pds+P

4、gs+Pd_f+Pd_recover　　详细计算公式应根据具体电路及工作条件而定。例如在同步整流的应用场合，还要考虑体内二极管正向导通期间的损耗和转向截止时的反向恢复损耗。损耗计算可参考下文的“MOS管损耗的8个组成部分”部分。　　6耗散功率约束　　器件稳态损耗功率PD,max应以器件最大工作结温度限制作为考量依据。如能够预先知道器件工作环境温度，则可以按如下方法估算出最大的耗散功率：　　PD,max≤（Tj,max-Tamb）/Rθj-a　　其中Rθj-a是器件结点到其工作环境之间的总热阻,包括Rθjuntion-case,Rθcase-sink,Rθsink-a

5、mbiance等。如其间还有绝缘材料还须将其热阻考虑进去。　　MOS管损耗的8个组成部分　　在器件设计选择过程中需要对MOSFET的工作过程损耗进行先期计算（所谓先期计算是指在没能够测试各工作波形的情况下，利用器件规格书提供的参数及工作电路的计算值和预计波形，套用公式进行理论上的近似计算）。　　MOSFET的工作损耗基本可分为如下几部分：　　1导通损耗Pon　　导通损耗,指在MOSFET完全开启后负载电流（即漏源电流）IDS(on)(t)在导通电阻RDS(on)上产生之压降造成的损耗。　　导通损耗计算　　先通过计算得到IDS(on)(t)函数表达式并算出其有效值ID

6、S(on)rms，再通过如下电阻损耗计算式计算：　　Pon=IDS(on)rms2×RDS(on)×K×Don　　说明　　计算IDS(on)rms时使用的时期仅是导通时间Ton，而不是整个工作周期Ts；RDS(on)会随IDS(on)(t)值和器件结点温度不同而有所不同，此时的原则是根据规格书查找尽量靠近预计工作条件下的RDS(on)值（即乘以规格书提供的一个温度系数K）。　　2截止损耗Poff　　截止损耗，指在MOSFET完全截止后在漏源电压VDS(off)应力下产生的漏电流IDSS造成的损耗。　　截止损耗计算　　先通过计算得到MOSFET截止时所承受的漏源电压V

7、DS(off)，在查找器件规格书提供之IDSS，再通过如下公式计算：　　Poff=VDS(off)×IDSS×（1-Don）　　说明　　IDSS会依VDS(off)变化而变化，而规格书提供的此值是在一近似V(BR)DSS条件下的参数。如计算得到的漏源电压VDS(off)很大以至接近V(BR)DSS则可直接引用此值，如很小，则可取零值，即忽略此项。　　3开启过程损坏　　开启过程损耗，指在MOSFET开启过程中逐渐下降的漏源电压VDS(off_on)(t)与逐渐上升的负载电流（即漏源电流）IDS(off_on)(t)交叉重叠部分造成的损耗。　　　　开启过程损耗计算