一、引言 d*4fl. UW88JA0 MOSFET作为主要的开关功率器件之一,被大量应用于模块电源。了解MOSFET的损耗组成并对其分析,有利于优化MOSFET损耗,提高模块电源的功率;但是一味的减少MOSFET的损耗及其他方面的损耗,反而会引起更严重的EMI问题,导致整个系统不能稳定工作。所以需要在减少MOSFET的损耗的同时需要兼顾模块电源的EMI性能。 m?`U;R[ LSs!U
3" 二、开关管MOSFET的功耗分析 LhUrVydL vdyLwBz: =TE6R 0b aq@/sMn MR} GxI MOSFET的损耗主要有以下部分组成:1.通态损耗;2.导通损耗;3.关断损耗;4.驱动损耗;5.吸收损耗;随着模块电源的体积减小,需要将开关频率进一步提高,进而导致开通损耗和关断损耗的增加,例如300kHz的驱动频率下,开通损耗和关断损耗的比例已经是总损耗主要部分了。
3){ /u$iH. |kB1>$ MOSFET导通与关断过程中都会产生损耗,在这两个转换过程中,漏极电压与漏极电流、栅源电压与电荷之间的关系如图1和图2所示,现以导通转换过程为例进行分析:
KU|dw^Y k _VFl.U, t0-t1区间:栅极电压从0上升到门限电压Uth,开关管为导通,无漏极电流通过这一区间不产生损耗;
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.o$GO Y_ b;1RN t1-t2区间:栅极电压达到Vth,漏极电流ID开始增加,到t2时刻达到最大值,但是漏源电压保持截止时高电平不变,从图1可以看出,此部分有VDS与ID有重叠,MOSFET功耗增大;
5|. _K(M ^rO3B?_ t2-t3区间:从t2时刻开始,漏源电压VDS开始下降,引起密勒电容效应,使得栅极电压不能上升而出现平台,t2-t3时刻电荷量等于Qgd,t3时刻开始漏极电压下降到最小值;此部分有VDS与ID有重叠,MOSFET功耗增大
:OT~xU==H N|WZk2 " t3-t4区间:栅极电压从平台上升至最后的驱动电压(模块电源一般设定为12V),上升的栅压使导通电阻进一步减少,MOSFET进入完全导通状态;此时损耗转化为导通损耗。
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R^!|2 =BzyI 关断过程与导通过程相似,只不过是波形相反而已;关于MOSFET的导通损耗与关断损耗的分析过程,有很多文献可以参考,这里直接引用《张兴柱之MOSFET分析》的总结公式如下:
I<PKwT/? EdbLAagI6 f?}~$agc 5v<X-8" 备注: 为上升时间, 为开关频率, 为下降时间,为栅极电荷,为栅极驱动电压 为MOSFET体二极管损耗。
KjFNb;mM 1iyd{r7| 三、MOSFET的损耗优化方法及其利弊关系 k`[ L fbgq+f `\ qw={gZ 3-1. 通过降低模块电源的驱动频率减少MOSFET的损耗[稍微提一下EMI问题及其解决方案]
.hd<,\nW K89 AZxH 从MOSFET的
损耗分析可以看出,开关电源的驱动频率越高,导通损耗、关断损耗和驱动损耗会相应增大,但是高频化可以使得模块电源的变压器磁芯更小,模块的体积变得更小,所以可以通过开关频率去优化开通损耗、关断损耗和驱动损耗,但是高频化却会引起严重的EMI问题。金升阳DC/DC R3产品,采用跳频控制方法,在轻负载情况下,通过降低模块电源的开关频率来降低驱动损耗,从而进一步提高轻负载条件下的效率,使得系统在待机工作下,更
节能,进一步提高蓄
电池供电系统的工作时间,并且还能够降低EMI的辐射问题;
v,qK=]ty g|L" |Q :j2G0vHIl( 0`y;[qAG[ 3-2.通过降低、来减少MOSFET的损耗
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