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「红桃娱乐怎么样」干货 | 技术牛人分享功率MOSFET的15点经验

作者:匿名 时间:2020-01-07 13:58:16】

「红桃娱乐怎么样」干货 | 技术牛人分享功率MOSFET的15点经验

红桃娱乐怎么样,功率mosfet的正向导通等效电路

等效电路

说明:

功率 mosfet 正向导通时可用一电阻等效,该电阻与温度有关,温度升高,该电阻变大;它还与门极驱动电压的大小有关,驱动电压升高,该电阻变小。详细的关系曲线可从制造商的手册中获得。

功率mosfet的反向导通等效电路

等效电路(门极不加控制)

说明:

即内部二极管的等效电路,可用一电压降等效,此二极管为mosfet 的体二极管,多数情况下,因其特性很差,要避免使用。

功率mosfet的反向导通等效电路

等效电路(门极加控制)

说明:

功率 mosfet 在门级控制下的反向导通,也可用一电阻等效,该电阻与温度有关,温度升高,该电阻变大;它还与门极驱动电压的大小有关,驱动电压升高,该电阻变小。详细的关系曲线可从制造商的手册中获得。此工作状态称为mosfet 的同步整流工作,是低压大电流输出开关电源中非常重要的一种工作状态。

功率mosfet的正向截止等效电路

等效电路

说明:

功率 mosfet 正向截止时可用一电容等效,其容量与所加的正向电压、环境温度等有关,大小可从制造商的手册中获得。

功率mosfet的稳态特性总结

(1):功率mosfet 稳态时的电流/电压曲线

(2):说明

功率 mosfet 正向饱和导通时的稳态工作点:

当门极不加控制时,其反向导通的稳态工作点同二极管。

(3):稳态特性总结

-- 门极与源极间的电压vgs 控制器件的导通状态;当vgsvth时,器件处于导通状态;器件的通态电阻与vgs有关,vgs大,通态电阻小;多数器件的vgs为 12v-15v ,额定值为+-30v;

-- 器件的漏极电流额定是用它的有效值或平均值来标称的;只要实际的漏极电流有效值没有超过其额定值,保证散热没问题,则器件就是安全的;

-- 器件的通态电阻呈正温度系数,故原理上很容易并联扩容,但实际并联时,还要考虑驱动的对称性和动态均流问题;

-- 目前的 logic-level的功率 mosfet,其vgs只要 5v,便可保证漏源通态电阻很小;

-- 器件的同步整流工作状态已变得愈来愈广泛,原因是它的通态电阻非常小(目前最小的为2-4 毫欧),在低压大电流输出的dc/dc 中已是最关键的器件;

包含寄生参数的功率mosfet等效电路

等效电路

说明:

实际的功率mosfet 可用三个结电容,三个沟道电阻,和一个内部二极管及一个理想mosfet 来等效。三个结电容均与结电压的大小有关,而门极的沟道电阻一般很小,漏极和源极的两个沟道电阻之和即为mosfet 饱和时的通态电阻。

功率mosfet的开通和关断过程原理

(1):开通和关断过程实验电路

(2):mosfet 的电压和电流波形

(3):开关过程原理

开通过程[ t0 ~ t4 ]:

-- 在 t0 前,mosfet 工作于截止状态,t0 时,mosfet 被驱动开通;

-- [t0-t1]区间,mosfet 的gs 电压经vgg 对cgs充电而上升,在t1时刻,到达维持电压vth,mosfet 开始导电;

-- [t1-t2]区间,mosfet 的ds 电流增加,millier 电容在该区间内因ds 电容的放电而放电,对gs 电容的充电影响不大;

-- [t2-t3]区间,至t2 时刻,mosfet 的ds 电压降至与vgs 相同的电压,millier 电容大大增加,外部驱动电压对millier 电容进行充电,gs 电容的电压不变,millier 电容上电压增加,而ds电容上的电压继续减小;

-- [t3-t4]区间,至t3 时刻,mosfet 的ds 电压降至饱和导通时的电压,millier 电容变小并和gs 电容一起由外部驱动电压充电,gs 电容的电压上升,至t4 时刻为止。此时gs 电容电压已达稳态,ds 电压也达最小,即稳定的通态压降。

关断过程[ t5 ~t9 ]:

-- 在 t5 前,mosfet 工作于导通状态, t5 时,mosfet 被驱动关断;

-- [t5-t6]区间,mosfet 的cgs 电压经驱动电路电阻放电而下降,在t6 时刻,mosfet 的通态电阻微微上升,ds 电压梢稍增加,但ds 电流不变;

-- [t6-t7]区间,在t6 时刻,mosfet 的millier 电容又变得很大,故gs 电容的电压不变,放电电流流过millier 电容,使ds 电压继续增加;

-- [t7-t8]区间,至t7 时刻,mosfet 的ds 电压升至与vgs 相同的电压,millier 电容迅速减小,gs 电容开始继续放电,此时ds 电容上的电压迅速上升,ds 电流则迅速下降;

-- [t8-t9]区间,至t8 时刻,gs 电容已放电至vth,mosfet 完全关断;该区间内gs 电容继续放电直至零。

因二极管反向恢复引起的mosfet开关波形

(1):实验电路

(2):因二极管反向恢复引起的mosfet 开关波形

功率mosfet的功率损耗公式

(1):导通损耗

该公式对控制整流和同步整流均适用。

该公式在体二极管导通时适用。

(2):容性开通和感性关断损耗

为mosfet 器件与二极管回路中的所有分布电感只和。一般也可将这个损耗看成器件的感性关断损耗。

(3):开关损耗

开通损耗:

考虑二极管反向恢复后:

关断损耗:

驱动损耗:

功率mosfet的选择原则与步骤

(1):选择原则

(a):根据电源规格,合理选择mosfet 器件(见下表):

(b):选择时,如工作电流较大,则在相同的器件额定参数下,

-- 应尽可能选择正向导通电阻小的 mosfet;

-- 应尽可能选择结电容小的 mosfet。

(2):选择步骤

(a):根据电源规格,计算所选变换器中mosfet 的稳态参数:

-- 正向阻断电压最大值;

-- 最大的正向电流有效值;

(b):从器件商的datasheet 中选择合适的mosfet,可多选一些以便实验时比较;

(c):从所选的mosfet 的其它参数,如正向通态电阻,结电容等等,估算其工作时的最大损耗,与其它元器件的损耗一起,估算变换器的效率;

(d):由实验选择最终的mosfet 器件。

理想开关的基本要求

(1):符号

(2):要求

(a):稳态要求

合上 k 后

-- 开关两端的电压为零;

-- 开关中的电流有外部电路决定;

-- 开关电流的方向可正可负;

-- 开关电流的容量无限。

断开 k 后

-- 开关两端承受的电压可正可负;

-- 开关中的电流为零;

-- 开关两端的电压有外部电路决定;

-- 开关两端承受的电压容量无限。

(b):动态要求

k 的开通

-- 控制开通的信号功率为零;

-- 开通过程的时间为零。

k 的关断

-- 控制关断的信号功率为零;

-- 关断过程的时间为零。

(3):波形

其中:h:控制高电平;l:控制低电平

-- ion 可正可负,其值有外部电路定;

-- voff 可正可负,其值有外部电路定。

用电子开关实现理想开关的限制

(1):电子开关的电压和电流方向有限制

(2):电子开关的稳态开关特性有限制

-- 导通时有电压降;(正向压降,通态电阻等)

-- 截止时有漏电流;

-- 最大的通态电流有限制;

-- 最大的阻断电压有限制;

-- 控制信号有功率要求,等等。

(3):电子开关的动态开关特性有限制

-- 开通有一个过程,其长短与控制信号及器件内部结构有关;

-- 关断有一个过程,其长短与控制信号及器件内部结构有关;

-- 最高开关频率有限制。

目前作为开关的电子器件非常多。在开关电源中,用得最多的是二极管、mosfet、igbt 等,以及它们的组合。

电子开关的四种结构

(1):单象限开关

(2):电流双向(双象限)开关

(3):电压双向(双象限)开关

(4):四单象限开关

开关器件的分类

(1):按制作材料分类

-- (si)功率器件;

-- (ga)功率器件;

-- (gaas)功率器件;

-- (sic)功率器件;

-- (gan)功率器件;--- 下一代

-- (diamond)功率器件;--- 再下一代

(2):按是否可控分类

-- 完全不控器件:如二极管器件;

-- 可控制开通,但不能控制关断:如普通可控硅器件;

-- 全控开关器件

-- 电压型控制器件:如mosfet,igbt,igt/comfet ,sit 等;

-- 电流型控制期间:如gtr,gto 等

(3):按工作频率分类

-- 低频功率器件:如可控硅,普通二极管等;

-- 中频功率器件:如gtr,igbt,igt/comfet;

-- 高频功率器件:如mosfet,快恢复二极管,萧特基二极管,sit 等

(4):按额定可实现的最大容量分类

-- 小功率器件:如mosfet

-- 中功率器件:如igbt

-- 大功率器件:如gto

(5):按导电载波的粒子分类:

-- 多子器件:如mosfet,萧特基,sit,jfet 等

-- 少子器件:如igbt,gtr,gto,快恢复,等

不同开关器件的比较

(1):几种可关断器件的功率处理能力比较

(2):几种可关断器件的工作特性比较

上面的数据会随器件的发展而不断变化,仅供参考。

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