開關電源,又稱交換式電源、開關變換器,是一種高頻化電能轉換裝置,是電源供應器的一種。開關電源利用的切換電晶體多半是在全開模式及全閉模式之間切換,這兩個模式都有低耗散的特點,切換之間的轉換會有較高的耗散,但時間很短,所以開關電源比較節省能源,產生廢熱較少。開關電源的高轉換效率是其一大優點,而開關電源工作頻率高,也可以使用小尺寸、輕重量的變壓器,開關電源重量也會比較輕。開關電源產品廣泛應用於工業自動化控制、軍工設備、科研設備、LED照明等領域。

開關電源MOS作為開關電源的重要組成部分之一,其對於開關電源的意義是不言而喻的,小課堂今天就分享一下開關電源MOS選型的幾個基本原則。

建議初選的基本步驟。
1、電壓應力
在電源電路的應用中,漏源電壓VDS的選擇往往首先考慮。其基本原理是MOSFET的最大漏源電壓峰值不應大於器件規範中漏源擊穿電壓標稱值的90%。即:VDS_peak≤90%*V(BR)DSS.
註:一般V(BR)DSS具有正溫度係數。因此,應以設備最低工作溫度下的V(BR)DSS值作為參考。
2、漏極電流
其次,考慮漏極電流的選取。其基本原理是MOSFET在實際工作環境中的最大周期性漏極電流不應大於本規範中標稱最大漏源電流的90%,漏極脈衝電流峰值不大於規格書中標稱漏極脈衝電流峰值的 90%。即:ID_Umax≤90%*ID ,ID_pulse≤90%*IDP。
註:一般情況下,ID_Umax和ID_pulse具有負溫度係數,因此應取最大結溫下器件的ID_Umax和ID_pulse值作為參考。該裝置參數的選擇具有很大的不確定性,這主要是由於工作環境、散熱技術和器件的其它參數(如導通電阻、熱電阻等)的相互制約所造成的。最終判斷基於節點溫度(即下文第6條中的「耗散功率約束」)。根據經驗,在實際應用中,由於功耗和溫升的限制,規範目錄中的ID值會比實際最大工作電流大幾倍。在初選計算期間,必須根據下文第6條中的耗散功率約束連續調整該參數。建議初選3~5倍左右,id=(3~5)*id_max.
3、損耗與散熱
較小的Ron值可以降低傳導過程中的損耗,較小的Rth值可以減小溫差(在相同的耗散功率條件下),因此有利於散熱。
4、損耗功率的初步計算
MOSFET的損耗計算主要包括以下八個部分:PD=Pon+Poff+Poff_on+Pon_off+Pds+Pgs+Pd_f+Pd_recover。
具體計算公式應根據具體電路和工作條件確定。例如,在同步整流應用中,應考慮二極體在正嚮導通時的損耗和關斷時的反向恢復損耗。
5、驅動要求
MOSFEF的驅動要求由總柵電荷(QG)參數決定。在滿足其它參數的情況下,驅動電路的設計應儘量選擇較小的QG。驅動電壓應儘可能小,前提是遠離最大柵源電壓(VGSS)(一般採用器件規範中的推薦值)
6、耗散功率約束
器件穩態損耗功率PD、Max應以最高工作結溫度限值為基礎。如果能預先知道器件的工作環境溫度,則最大功耗可估算如下:PD,max≤(Tj,max-Tamb)/Rθj-a,其中Rθj-a是器件節點與其工作環境之間的總熱阻,包括Rθjuntion-case,Rθcase-sink,Rθsink-ambiance 等。如果中間有絕緣材料,還必須考慮其熱阻。

上面就是小課堂今天分享的,關於開關電源MOS的選型原則。在民熔小課堂的分享之後,大家應該都有一定的深入了解。但開關電源的領域是很大的,而大家如果在使用開關電源遇到其他問題,或者想了解其他電氣產品的資料和技巧,小課堂後續會繼續分享實用經驗的。