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場(chǎng)效應(yīng)管功耗分析-功率損耗測(cè)試詳解
  • 發(fā)布時(shí)間:2022-08-11 17:48:42
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場(chǎng)效應(yīng)管功耗分析-功率損耗測(cè)試詳解
場(chǎng)效應(yīng)管功耗
功率放大電路是一種以輸出較大功率為目的的放大電路。因此,要求同時(shí)輸出較大的電壓和電流。管子工作在接近極限狀態(tài)。一般直接驅(qū)動(dòng)負(fù)載,帶載能力要強(qiáng)。功率MOSFET是較常使用的一類功率器件。
做開關(guān)電源,常用功率MOSFET。一般而言,MOS管制造商采用RDS(ON)參數(shù)來定義導(dǎo)通阻抗;對(duì)ORing FET應(yīng)用來說,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,一般來說,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)際上無需SOA曲線也可以獲得漏極電流值。
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,釋放掉感生能量來保護(hù)MOSFET,如果必要,還可以再加上RC緩沖電路(Snubber)來抑制電壓尖峰。(注意二極管方向不要接反。
額定電壓確定后,電流就可以計(jì)算出來了。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)決定選多大的額定電流值。
場(chǎng)效應(yīng)管功耗原理圖和實(shí)測(cè)圖
一般來說,開關(guān)管工作的功率損耗原理圖如圖所示,主要的能量損耗體現(xiàn)在“導(dǎo)通過程”和“關(guān)閉過程”,小部分能量體現(xiàn)在“導(dǎo)通狀態(tài)”,而關(guān)閉狀態(tài)的損耗很小幾乎為0,可以忽略不計(jì)。
場(chǎng)效應(yīng)管功耗
場(chǎng)效應(yīng)管和PFC MOSFET的測(cè)試區(qū)別
對(duì)于普通MOS管來說,不同周期的電壓和電流波形幾乎完全相同,因此整體功率損耗只需要任意測(cè)量一個(gè)周期即可。
但對(duì)于PFC MOS管來說,不同周期的電壓和電流波形都不相同,因此功率損耗的準(zhǔn)確評(píng)估依賴較長時(shí)間(一般大于10ms),較高采樣率(推薦1G采樣率)的波形捕獲,此時(shí)需要的存儲(chǔ)深度推薦在10M以上,并且要求所有原始數(shù)據(jù)(不能抽樣)都要參與功率損耗計(jì)算,實(shí)測(cè)截圖如圖所示。
場(chǎng)效應(yīng)管功耗
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