MOS管最常见的使用可能是电源中的开关元件,此外,它们对电源输出也大有裨益。服务器和通讯设备等使用一般都装备有多个并行电源,以支撑N+1 冗余与持续作业 (图1)。各并行电源均匀分管负载,确保体系即便在一个电源呈现毛病的情况下依然能够持续作业。不过,这种架构还需求一种办法把并行电源的输出衔接在一起,并确保某个电源的毛病不会影响到其它的电源。在每个电源的输出端,有一个功率MOS管能够让众电源分管负载,一起各电源又互相阻隔 。起这种效果的MOS管被称为”ORing”FET,由于它们本质上是以 “OR” 逻辑来衔接多个电源的输出。
图1 用于针对N+1冗余拓扑的并行电源操控的MOS管 在ORing FET使用中,MOS管的效果是开关器材,可是由于服务器类使用中电源不间断作业,这个开关实践上一直处于导通状况。其开关功用只发挥在发动和关断,以及电源呈现毛病之时 。
比较从事以开关为中心使用的规划人员,ORing FET使用规划人员明显必需重视MOS管的不同特性。以服务器为例,在正常作业期间,MOS管只适当于一个导体。因而,ORing FET使用规划人员最关怀的是最小传导损耗。
低RDS(ON) 可把BOM及PCB尺度降至最小
一般来说,MOS管制作商选用RDS(ON) 参数来界说导通阻抗;对ORing FET使用来说,RDS(ON) 也是最重要的器材特性。数据手册界说RDS(ON) 与栅极 (或驱动) 电压 VGS 以及流经开关的电流有关,但关于充沛的栅极驱动,RDS(ON) 是一个相对静态参数。
若规划人员企图开发尺度最小、本钱最低的电源,低导通阻抗更是加倍的重要。在电源规划中,每个电源常常需求多个ORing MOS管并行作业,需求多个器材来把电流传送给负载。在许多情况下,规划人员有必要并联MOS管,以有用下降RDS(ON)。
需谨记,在 DC 电路中,并联电阻性负载的等效阻抗小于每个负载独自的阻抗值。比方,两个并联的2Ω 电阻适当于一个1Ω的电阻 。因而,一般来说,一个低RDS(ON) 值的MOS管,具有大额定电流,就能够让规划人员把电源中所用MOS管的数目减至最少。
除了RDS(ON)之外,在MOS管的挑选过程中还有几个MOS管参数也对电源规划人员非常重要。许多情况下,规划人员应该亲近重视数据手册上的安全作业区(SOA)曲线,该曲线一起描绘了漏极电流和漏源电压的联系。根本上,SOA界说了MOSFET能够安全作业的电源电压和电流。在ORing FET使用中,首要问题是:在”彻底导通状况”下FET的电流传送才能。实践上无需SOA曲线也能够获得漏极电流值。
若规划是完成热插拔功用,SOA曲线或许更能发挥效果。在这种情况下,MOS管需求部分导通作业。SOA曲线界说了不同脉冲期间的电流和电压限值。
留意刚刚说到的额定电流,这也是值得考虑的热参数,由于一直导通的MOS管很简略发热。别的,日渐升高的结温也会导致RDS(ON)的添加。MOS管数据手册规则了热阻抗参数,其界说为MOS管封装的半导体结散热才能。RθJC的最简略的界说是结到管壳的热阻抗。细言之,在实践丈量中其代表从器材结(关于一个笔直MOS管,即裸片的上外表邻近)到封装外外表的热阻抗,在数据手册中有描绘。若选用PowerQFN封装,管壳界说为这个大漏极片的中心。因而,RθJC 界说了裸片与封装体系的热效应。RθJA 界说了从裸片外表到周围环境的热阻抗,并且一般经过一个脚注来标明与PCB规划的联系,包含镀铜的层数和厚度。
开关电源中的MOS管
现在让咱们考虑开关电源使用,以及这种使用怎么需求从一个不同的视点来审视数据手册。从界说上而言,这种使用需求MOS管定时导通和关断。一起,稀有十种拓扑可用于开关电源,这儿考虑一个简略的比如。DC-DC电源中常用的根本降压转换器依靠两个MOS管来履行开关功用(图2),这些开关替换在电感里存储能量,然后把能量释放给负载。现在,规划人员常常挑选数百kHz甚至1 MHz以上的频率,由于频率越高,磁性元件能够更小更轻。