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必了解的開關(guān)電源之元器件選擇（四）

來源：東莞市成良智能科技發(fā)布時(shí)間：2019-08-02 點(diǎn)擊量：1128

接著繼續(xù)來說說開關(guān)電源之元器件選擇的，從MOSFET晶體管的損耗等方面來具體介紹吧。
開關(guān)電源之MOSFET晶體管
場效應(yīng)晶體管有結(jié)型和 MOS型。功率場效應(yīng)管一般是 MOSFET。而MOSFET 還有 P 溝道和 N 溝道。較大功率一般不用 P 溝道，因?yàn)榕c N 溝道相同電流和電壓定額的管子導(dǎo)通電阻比 N 溝道大，同時(shí)開關(guān)速度也比 N 溝道慢。開關(guān)電源之MOSFET 內(nèi)部結(jié)構(gòu)源極和漏極對稱的，且可以互換的。只要在柵極和源極（漏極）之間加一定正電壓（N 溝道），就能導(dǎo)通。因此 MOSFET 也常用于同步整流，它能雙向?qū)娏鳌?/span>

開關(guān)電源之MOSFET晶體管損耗
損耗有三個(gè)部分：導(dǎo)通損耗，柵極損耗和開關(guān)損耗。
導(dǎo)通損耗 MOSFET完全導(dǎo)通時(shí)，漏－源之間有一個(gè)電阻Ron上的損耗。應(yīng)當(dāng)注意手冊上導(dǎo)通電阻測試條件，測試時(shí)一般柵極驅(qū)動電壓為 15V。如果你的驅(qū)動電壓小于測試值，導(dǎo)通電阻應(yīng)比手冊大，而且導(dǎo) 通損耗 P=RonI2 也加大。所以如果你要知道實(shí)際結(jié)溫，根據(jù)熱阻乘以損耗求得結(jié)溫，再根據(jù)新的熱態(tài)電阻求得損耗，如此反復(fù)迭代，直到收斂為止。如果不收斂，損耗功率太大。25R（T ） = R25 ×1.007T ?柵極損耗為驅(qū)動?xùn)艠O電荷損耗。即柵極電容的充放電損耗，它不是損耗MOSFET上，而是柵極電阻或驅(qū)動電路上。

雖然開關(guān)電源之電容與柵極電壓是高度非線性關(guān)系，手冊中給出了柵極達(dá)到一定電壓Ug的電荷Qg，因此將此電荷驅(qū)動?xùn)艠O的功率為P=QgVf。
要是實(shí)際驅(qū)動電壓和手冊對應(yīng)的電荷規(guī)定電壓不同，可以這樣近似處理，用兩個(gè)電壓比乘以柵極電荷比較合理。要是你的柵極電壓比手冊規(guī)定高的話，這樣做最好。但密勒電容電荷是造成計(jì)算誤差的主要因素。開關(guān)損耗隨著MOSFET的交替導(dǎo)通與截止（非諧振），瞬態(tài)電壓和電流的交越導(dǎo)致功率損耗，稱為開關(guān)損耗。

開關(guān)電源之電路中帶有電感，電流或電壓一般總是同時(shí)達(dá)到最大時(shí)轉(zhuǎn)換，如果開關(guān)電源之電流或電壓隨時(shí)間線性變化，由此可以推導(dǎo)出開關(guān)損耗：在斷續(xù)導(dǎo)通模式中，損耗P=IpkUpktsfs/2；而在連續(xù)模式中，此損耗加倍。這里Upk為MOSFET由導(dǎo)通到截止時(shí)漏－源電壓（和截止到導(dǎo)通的連續(xù)模式）；Ipk為漏極峰值電流；ts為開關(guān)過渡時(shí)間；fs為開關(guān)頻率。

這就是為什么開關(guān)電源之柵極驅(qū)動越“硬”損耗越低。從損耗的角度希望驅(qū)動越硬越好，也就是要求驅(qū)動波形的前后沿陡。但因?yàn)镸OSFET的輸入是一個(gè)電容，驅(qū)動波形越陡，即開關(guān)時(shí)dUg/dt越大，就意味著必須要求驅(qū)動電路提供很大的驅(qū)動電流，驅(qū)動信號源內(nèi)阻越小越好。
但是開關(guān)速度越快，柵極電路微小寄生參數(shù)就會興風(fēng)作浪，而開關(guān)電源的EMI問題越突出?？傊?，MOSFET 的總損耗是通態(tài)、柵極電荷和開關(guān)損耗之和。而總損耗中僅僅是第一和第三項(xiàng)是損耗在 MOSFET 上的。但是，除了帶有驅(qū)動電路的功率模塊以外，柵極驅(qū)動電路不可能與柵極連線最短，連線電感是不可避免的。線路

開關(guān)電源之電感與輸入電容在驅(qū)動電壓激勵(lì)下引起嚴(yán)重的振蕩，使驅(qū)動無法正常工作。為此，一般總在MOSFET柵極串聯(lián)一個(gè)電阻，對振蕩阻尼在可接受范圍內(nèi)。但是，開關(guān)電源的電阻的加入破壞了驅(qū)動的電源壓特性，限制了驅(qū)動電流，降低了前后沿陡度，驅(qū)動波形前沿出現(xiàn)明顯指數(shù)上升特性，并在驅(qū)動達(dá)到MOSFET開啟電壓UT時(shí)，由于漏－柵電容放電的密勒效應(yīng)造成柵極電壓“打折”，加大導(dǎo)通損耗。

在關(guān)斷時(shí)，密勒電容的放電效應(yīng)，使得關(guān)斷延緩或誤導(dǎo)通，增加了關(guān)斷損耗。因此，柵極電阻不能太大，只要抑制振蕩就行。從根本上應(yīng)當(dāng)盡量縮短柵極與驅(qū)動連接距離。

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