MOS-FET的选择及耗损计算.ppt

MOS-FETMOS-FET的選擇及耗損計算的選擇及耗損計算 制作：周滿枝制作：周滿枝 制表：張明艷制表：張明艷 一、一、MOSFETMOSFET的分類：的分類： MOSFET總體可分為 N-channel MOSFET 和 P-channel MOSFET 兩類，其 電氣符號如下圖1-1。 N-channel MOS 從源極發出載流子電子，P-channel MOS 從源極發出載 流子空穴。兩種類型的MOS在其D-S極間都寄生了一個二極管，稱為體 二極管，體二極管的存在，無論對靜態與動態特性均不可避免有影響， 因此要給予注意。 漏極D 寄生的體內D 漏極D 柵極G 柵極G 源極S 寄生的體內D 源極S N N 型型 MOSMOS P P 型型 MOSMOS 二、二、MOSFET MOSFET 的特點：的特點： MOSFET 具有動作快，頻率高，低導通阻抗。不存在 二次擊穿等優點。在有限管子直接並聯時，由於具有 正溫度系數，可以自動均衡電流（雙極型晶體管則是 具有負溫度系數，所以並聯要採取均流措施），不會 產生過熱點。 三、三、MOSFETMOSFET的主要參數：的主要參數： 1.漏源擊穿電壓 Vds: Vds 是決定MOSFET的最高工作電壓。 Vds 隨溫度而變化，在一定范圍內大約結溫每升高10 ，Vds值增 加1。所以結溫上升，耐壓值是上升。這是MOSFET的優點之一 。 2.最大漏極電流 Idmax Idmax 隨溫度而變化，結溫越高，Idmax越少。 3.閥值電壓Vgs(th) Vgs(th)為使MOSFET D-S 極導通所加在G-S之間的最低電壓 三、三、MOSFETMOSFET的主要參數：的主要參數： 三、三、MOSFETMOSFET的主要參數：的主要參數： 結溫對Vgs(th)有影響，大約結溫每升高45 ，Vgs(th)下降10， 溫度系數約為6.7mV/ . 當環境噪音較低時，可以選用Vgs(th)較低的管子。以降低所需的 輸入驅動信號電壓。當環境噪聲較高時，可以選用Vgs(th)電壓較 高的管子，以提高抗擾能力。 三、三、MOSFETMOSFET的主要參數：的主要參數： 4.導通電阻 Rds(on) Rds(on) 決定了輸出電電壓和自身的損耗。一般選 Rds(th)小，Vds高 的管子為好。 Id 增加，Rds(on)也略有增加，Vds升高，Rds(on)有所下降。 三、三、MOSFETMOSFET的主要參數的主要參數 ： Vds 值高，Rds(on)受溫度影響大。Rds(on)與溫度變化近乎有線性 關系 三、三、MOSFETMOSFET的主要參數：的主要參數： 目前MOSFET的最高工作頻率可以達到兆級.目前最新的DirectFET MOSFET IR6607采用了新型的DirectFET封裝,可在2MHz頻率下提 供每相30A的電流,效率達77%.(資料來源于電子工程專輯 2003.1.16) 工作頻率越高,MOSFET的損耗越大,溫升越高. 目前我們大多數Low-power机种的工作頻率為100KHz,頻率的不同 ,對EMI的影嚮也不一樣,所以我們在調整頻率時,不但要考慮對 MOSFET的溫度影嚮,還應考慮對EMI的影嚮. 5.最高工作頻率Fm. 三、三、MOSFETMOSFET的主要參數：的主要參數： 6.導通時間Ton 和關斷時間Toff Ton定義為：從輸出信號波形上升至幅值的10到輸出信號波形下降 至幅值的90所需的時間。 Toff定義為：從輸入信號波形下降至幅值的90到輸出信號波形上升 至幅值的10所需的時間。 三、三、MOSFETMOSFET的主要參數：的主要參數： 一般說來，影響開關速度的主要因素是器件的輸入電阻Rin和輸 入電容Ciss;輸出電阻Rout和輸出電容Cout.一般以Rin大,Ciss 小;Rout和Cout小的MOSFET為好. 四、四、MOSFETMOSFET在在SMPSSMPS中的應用范圍：中的應用范圍： 1.MOSFET 應用在SMPS的PWM開關中，如： v Active PFC 的開關晶體。 儲能電感 MOSFET v BULK CAP 四、四、MOSFETMOSFET在在SMPSSMPS中的應用范圍：中的應用范圍： v Main Power 中的開關晶體。 main transformer MOSFET 四、四、MOSFETMOSFET在在SMPSSMPS中的應用范圍：中的應用范圍： v Stand by 電路中的開關晶體。 standby transformer MOSFET 在該領域裡應用的MOSFET,一般都有以下特點：高的Vds電壓，較大 的Idmax及相對比較大的Rds(on). 四、四、MOSFETMOSFET在在SMPSSMPS中的應用范圍中的應用范圍 ： 2.MOSFET 應用在輸出整流中；如： v DC-DC 開關變換器的輸出同步整流技術。 v 可提高整機的效率，降低功能，特別適用於超低壓輸出變換器 （如3.3V，1.3V,1V等），有利於輸出電壓的穩定。 用在同步整流技術中的MOSFET有超低Rds(on),高Id和相對較低的Vds 等特點。 四、四、MOSFETMOSFET在在SMPSSMPS中的應用范圍：中的應用范圍： 3.MOSFET 作為輸出開關及輸出降壓的應用，如： v 在Low-power SMPS中，主輸出與Stand by 輸出可共用同一路輸出電 路。 如:需要做+sb時,只要把+作為 +sb輸出,而 + 用MOSFET作為啟停開關。 MOSFET的on/off受控于pc-on/off. 或其它控制信號. MOSFET control circuit 四、四、MOSFETMOSFET在在SMPSSMPS中的應用范圍：中的應用范圍： v 在+3.3V輸出電流比較少（一般10A以下）及效率要求不高的情況 下, 我們可以將+5V輸出或另外繞一組線圈整流后經過調節 MOSFET Vds的壓降來得到+3.3V輸出.這樣做的优點是電路簡單, 价格便宜. 從+5V拉出 MOSFET 五、應用實例： 以DPS-230DB A為例,介紹Main mosfet的選擇,及其理論 計算與實際測量值的對比,對其分析原因. Main Mosfet Selection Four parameters in considering of main mosfet selection: 1.Vds 2.Id 3.Power rating 4.Junction temperature Vds selection: In forward converter,the maximum off voltage stress on the Power mosfet is DC input voltage+voltage across the snubber Capacitor. The maximum DC voltage input voltage is 230Vac*1.4=325V The voltage across the snubber capacitor is equal to the Vdcmax, When the snubber circuit is suitable, so Vds=325*2=650V. With 90% derating:Vds=650/90%=722V Therefore,an 800V FET is chosen. 實測值: 如下圖 實測值Vds隻有618650,原因是從AC SOURCE 230V輸出 到BULK電容之間,EMI電路和NTC,PFC都有一定的壓降所至的. Id selection: The minimum operation Vbulk=180V2=254V Duty: (5/d+Vf+Vr)Np/Ns=Vbulk (5/d+0.76+0.1) 38/3=254 D=23.6% Po=220W Assume efficiency=0.7 Pin=314W Iavg=Pin/Vbulk=314/254=1.24A Ipk=Iavg/D=1.24/0.263=4.7A With 90% derating =5.2A So Id=7.2A Mosfet is chosen 實測值: Ipk=(23/10)*2=4.6A 實測值與計算值基本一致. Power rating: Pd=Power dissipated on the FET is Pcon+Psw Where Pcon is conduction loss and Psw is switching loss. Pcon=IavgIavgRds(on) =1.241.241.3 =1.99W Psw=VIT(on+off)Fsw =2544.780ns100KHz =9.5W Where t is cross over time Power rating: Psw(on) loss Psw(off) loss Pd=Pcon+Psw =1.99+9.5 =11.49W 48W(Pd 120 is 198W-(120-25) 1.58W/ =48W) Pd derating can be found out in the Mosfet spec. Junction temperature: Tjc=Pdjc(jc=thermal from junction to case) =11.49W 0.63 /W =7.24 Tj=Tc+ Tjc =113 +7.24 =120.24 135 FQA7N80(Vds=800V,Id=7.2A) can meet all the 4 parameters above and is chosen as the main Mosfet. 六.總結 Mosfet被廣泛應用與SMPS中.用途不同,Mosfet的選擇也不