RS瑞森半导体高压MOS在开关电源中的应用

开关电源(Switch Mode Power Supply,简称SMPS),又称交换式电源、开关变换器,是电源供应器的一种高频化电能转换装置,也是一种以半导体功率器件为开关管,控制其关断开启时间比率,来保证稳定输出直流电压的电源。在目前电子产品的飞速增长中,开关电源凭借其70%~90%的电源效率,广泛应用于各种电器设备及电机等,得到了市场的一致好评。

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一、开关电源分类

开关电源种类繁多,具体可按照以下分类:

按开关管的个数及衔接办法,可分为单端式、推挽式、半桥式和全桥式等;

激励办法,可分为自激式和他激式;

调制办法,可分为脉宽调制(PWM)办法和脉频调制(PFM);

能量传递办法又可分为正激式和反激式。

无论何种方式,基本原理都是使用MOS管作为开关管控制,通过变压器的电流频率和占空比,来达到调制电压目的。同时因为大部分开关电源都会将市电转换为所需电压,故作为开关管的MOS多为高压MOS,其中以500V、600V、650V居多,甚至有些部分电路需要900V的开关MOS管。下图为常见的正激和反激式开关电源电路。

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二、开关电源的MOS管选型注意事项

为使开关电源稳定高效的工作,需选用合适的MOS管作为开关管,在开关电源的MOS管选型中,主要注意以下几点:

1.在电源电路的应用中,VDSS(漏源电压)是首先要考虑的参数。其应用中MOS的最大漏源电压峰值不应大于器件规范中漏源击穿电压标称值的90%,否则在应用中容易造成MOS的击穿,如下图所示反映在MOS管的datasheet中。

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2.确定MOS管的额定电流,该额定电流应是电路中负载在所有情况下能会产生的最大电流。因而所选的MOS管必须确保能承受这个额定电流。datasheet电流分为连续模式电流ID和脉冲尖峰电流IDM。在连续导通ID模式下,MOS管处于稳态,此时电流连续通过器件。脉冲尖峰IDM是指有大量电涌(或尖峰电流)流过器件。另外注意,MOS管的电流跟温度是负相关,随着工作时温度上升,MOS通过电流能力会降低,所以要根据实际应用环境温度去选择合适的MOS额定电流。MOS管电流和温度关系如下图:

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3.MOS管另一个重要参数是RDS(ON),即MOS管在导通时存在的内阻,它会导致使用过程中电能损耗,也称之为导通损耗。MOS管RDS(ON)与施加的电压VGS有关,在一定范围内VGS越高RDS(ON)就会越小,但当VGS达到一定阀值时,VGS继续升高并不会造成RDS(ON)太大变化,这称之为MOS的完全开启。设计电路时,要注意控制电路的IC电压与MOS的开启电压是否匹配以及控制IC电压能否使MOS管完全开启。如果未完全导通会使得RDS(ON)变大,导致损耗增加和管体温度上升等问题。另外,MOS管的RDS(ON)和温度呈正相关,会随着温度上升RDS(ON)升高而使导通损耗变大。MOS管的RDS(ON)和温度关系如下图:

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4.MOS管的开关性能:影响开关性能的参数有很多,但最重要的是栅极/漏极、栅极/源极及漏极/源极电容和反向恢复时间。在datasheet中,通常表现为Ciss(输入电容),Coss(输出电容):Crss(反向传输电容)和Trr。在MOS管工作时,每次开关都要对它们充电,这些电容会在器件中产生开关损耗,并且会导致MOS管的开关速度被降低,器件效率也下降,但这并不意味着越低的电容越好,较低的电容量虽然会提高开关速度,也容易导致电路中的尖峰电压升高和EMI变大,所以在电路设计时,MOS的电容以及电荷的选择往往都是各需求折中的结果;其次,Trr会直接影响开关损耗,逆变器电路或者谐振电路对此项参数的要求更加严格。

所以说电路设计是一个复杂的系统工程,需要电路设计工程师们对MOS管的特性、参数的匹配有着深刻的理解,在产品选型过程中,如果有任何技术问题,欢迎随时联系我司多位资深FAE工程师。

三、瑞森半导体平面高压MOS产品推荐

瑞森半导体高压MOS采用新的平面工艺,着重提升MOS管的抗冲击能力、降低导通内阻RDS(ON),并具有开关速度快的优点,为开关电源开发提供最佳选择。

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