開關電源中的MOS管

admin @ 2014-03-19 , reply:0

概述
 開關電源中的MOS管 現在讓我們考慮開關電源應用,以及這種應用如何需要從一個不同的角度來審視數據手冊。 從定義上而言,這種應用需要MOS管定期導通和關斷。同時,有數十種……

 開關電源中的MOS管
 現在讓我們考慮開關電源應用,以及這種應用如何需要從一個不同的角度來審視數據手冊。
 從定義上而言,這種應用需要MOS管定期導通和關斷。同時,有數十種拓撲可用於開關電源,這裡考慮一個簡單的例子。DC-DC電源中常用的基本降壓轉換器依賴兩個MOS管來執行開關功能(圖2),這些開關交替在電感里存儲能量,然後把能量釋放給負載。目前,設計人員常常選擇數百kHz乃至1 MHz以上的頻率,因為頻率越高,磁性元件可以更小更輕。
 
 圖2 用於開關電源應用的MOS管對(DC-DC控制器)
 
 顯然,電源設計相當複雜,而且也沒有一個簡單的公式可用於MOS管的評估。但我們不妨考慮一些關鍵的參數,以及這些參數為什麼至關重要。傳統上,許多電源設計人員都採用一個綜合品質因數(柵極電荷QG ×導通阻抗RDS(ON))來評估MOS管或對之進行等級劃分。
 柵極電荷和導通阻抗之所以重要,是因為二者都對電源的效率有直接的影響。對效率有影響的損耗主要分為兩種形式--傳導損耗和開關損耗。
 柵極電荷是產生開關損耗的主要原因。柵極電荷單位為納庫侖(nc),是MOS管柵極充電放電所需的能量。柵極電荷和導通阻抗RDS(ON) 在半導體設計和製造工藝中相互關聯,一般來說,器件的柵極電荷值較低,其導通阻抗參數就稍高。開關電源中第二重要的MOS管參數包括輸出電容、閾值電壓、柵極阻抗和雪崩能量。
 某些特殊的拓撲也會改變不同MOS管參數的相關品質,例如,可以把傳統的同步降壓轉換器與諧振轉換器做比較。諧振轉換器只在VDS (漏源電壓)或ID (漏極電流)過零時才進行MOS管開關,從而可把開關損耗降至最低。這些技術被成為軟開關或零電壓開關(ZVS)或零電流開關(ZCS)技術。由於開關損耗被最小化,RDS(ON) 在這類拓撲中顯得更加重要。
 低輸出電容(COSS)值對這兩類轉換器都大有好處。諧振轉換器中的諧振電路主要由變壓器的漏電感與COSS決定。此外,在兩個MOS管關斷的死區時間內,諧振電路必須讓COSS完全放電。
 低輸出電容也有利於傳統的降壓轉換器(有時又稱為硬開關轉換器),不過原因不同。因為每個硬開關周期存儲在輸出電容中的能量會丟失,反之在諧振轉換器中能量反覆循環。因此,低輸出電容對於同步降壓調節器的低邊開關尤其重要。




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