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  • 場效應(yīng)管功耗分析-功率損耗測試詳解
    • 發(fā)布時間:2022-08-11 17:48:42
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    場效應(yīng)管功耗分析-功率損耗測試詳解
    場效應(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)動負(fù)載,帶載能力要強。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)手冊定義RDS(ON)與柵極(或驅(qū)動)電壓VGS以及流經(jīng)開關(guān)的電流有關(guān),但對于充分的柵極驅(qū)動,RDS(ON)是一個相對靜態(tài)參數(shù)。
    若設(shè)計人員試圖開發(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)計中,每個電源常常需要多個ORing MOS管并行工作,需要多個器件來把電流傳送給負(fù)載。
    在許多情況下,設(shè)計人員必須并聯(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負(fù)載單獨的阻抗值。
    比如,兩個并聯(lián)的2Ω電阻相當(dāng)于一個1Ω的電阻。因此,一般來說,一個低RDS(ON)值的MOS管,具備大額定電流,就可以讓設(shè)計人員把電源中所用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MOS管參數(shù)也對電源設(shè)計人員非常重要。許多情況下,設(shè)計人員應(yīng)該密切關(guān)注數(shù)據(jù)手冊上的安全工作區(qū)(SOA)曲線,該曲線同時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,會承受到最大的電壓沖擊,這個最大電壓跟負(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,那承受的電壓會大不少,因為電感在關(guān)斷瞬間會產(chǎn)生感生電動勢(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與感生電動勢之和;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)電動勢。
    對于以上幾種負(fù)載情況,在計算出(或測出)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,電流就可以計算出來了。這里需要考慮兩個參數(shù):一個是連續(xù)工作電流值和脈沖電流尖峰值(Spike和Surge),這兩個參數(shù)決定選多大的額定電流值。
    場效應(yīng)管功耗原理圖和實測圖
    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。
    場效應(yīng)管功耗
    場效應(yīng)管和PFC MOSFET的測試區(qū)別
    對于普通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量一個周期即可。
    但對于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)確評估依賴較長時間(一般大于10ms),較高采樣率(推薦1G采樣率)的波形捕獲,此時需要的存儲深度推薦在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算,實測截圖如圖所示。
    場效應(yīng)管功耗
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