功率扩大电路是一种以输出较大功率为意图的扩大电路。因而,要求一起输出较大的电压和电流。管子作业在挨近极限状况。一般直接驱动负载,带载才能要强。
功率MOSFET是较常运用的一类功率器材。“MOSFET”是英文MetalOxideSemicoductorFieldEffectTransistor的缩写,译成中文是“金属氧化物半导体场效应管”。它是由金属、氧化物(SiO2或SiN)及半导体三种资料制成的器材。所谓功率MOSFET(PowerMOSFET)是指它能输出较大的作业电流(几安到几十安),用于功率输出级的器材。功率MOSFET可分为增强型和耗尽型,按沟道分又可分为N沟道型和P沟道型。
做开关电源,常用功率MOSFET。一般来说,MOS管制造商选用RDS(ON)参数来界说导通阻抗;对ORing FET运用来说,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。在许多状况下,规划人员有必要并联MOS管,以有用下降RDS(ON)。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电阻相当于一个1Ω的电阻。因而,一般来说,一个低RDS(ON)值的MOS管,具有大额外电流,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。许多状况下,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。基本上,SOA界说了MOSFET能够安全作业的电源电压和电流。在ORing FET运用中,首要问题是:在“彻底导通状况”下FET的电流传送才能。实际上无需SOA曲线也能够获得漏极电流值。
做反激的时分常选用IRF540,其VDSS为100V,RDS=0.055欧,ID为22A。MOSFET在关断瞬间,会承遭到最大的电压冲击,这个最大电压跟负载有很大联系:假如是阻性负载,那就是来自VCC端的电压,但还需求考虑电源自身的质量,假如电源质量欠安,需求在前级加些必要的维护措施;假如是理性负载,那接受的电压会大不少,由于电感在关断瞬间会发生感生电动势(电磁感应规律),其方向与VCC方向相同(楞次规律),接受的最大电压为VCC与感生电动势之和;假如是变压器负载的话,在理性负载基础上还需求再加上漏感引起的感应电动势。
关于以上几种负载状况,在计算出(或测出)最大电压后,再留有20%~30%的裕量,就能够确认所需求的MOSFET的额外电压VDS值。在这儿需求说的是,为了更好的本钱和更安稳的功能,能够挑选在理性负载上并联续流二极管与电感在关断时构成续流回路,释放掉感生能量来维护MOSFET,假如必要,还能够再加上RC缓冲电路(Snubber)来按捺电压尖峰。(留意二极管方向不要接反。当然,你也能够直接挑选VDS足够大的MOSFET,条件是你不care本钱。)
额外电压确认后,电流就能够计算出来了。但这儿需求考虑两个参数:一个是接连作业电流值和脉冲电流尖峰值(Spike和Surge),这两个参数决议你应该选多大的额外电流值。
场效应管是依据三极管的原理开宣布的新一代扩大元件,功率MOSFET场效应管具有负的电流温度系 数,能够防止它作业的热不安稳性和二次击穿,适合于大功率和大电流作业条件下的运用。功率MOSFET场效应管从驱动形式上看,归于电压型驱动控制元件, 驱动电路的规划比较简单,所需驱动功率很小。选用功率MOSFET场效应作为开关电源中的功率开关,在发动或稳态作业条件下,功率MOSFET场效应管的峰值电流要比选用双极型功率晶体管小得多。功率场效应管与双极型功率晶体管之间的特性比较如下:
1. 驱动方法:场效应管是电压驱动,电路规划比较简单,驱动功率小;功率晶体管是电流驱动,规划较杂乱,驱动条件挑选困难,驱动条件会影响开关速度。
2. 开关速度:场效应管无少量载流子存储效应,温度影响小,开关作业频率可达150KHz以上;功率晶体管有少量载流子存储时刻约束其开关速度,作业频率一般不超越50KHz。
3. 安全作业区:功率场效应管无二次击穿,安全作业区宽;功率晶体管存在二次击穿现象,约束了安全作业区。
4. 导体电压:功率场效应管归于高电压型,导通电压较高,有正温度系数;功率晶体管不管耐电压的凹凸,导体电压均较低,具有负温度系数。
5. 峰值电流:功率场效应管在开关电源中用做开关时,在发动和稳态作业时,峰值电流较低;而功率晶体管在发动和稳态作业时,峰值电流较高。
6. 产品本钱:功率场效应管的本钱略高;功率晶体管的本钱稍低。
7. 热击穿效应:功率场效应管无热击穿效应;功率晶体管有热击穿效应。
8. 开关损耗:场效应管的开关损耗很小;功率晶体管的开关损耗比较大。
别的,功率MOSFET场效应管大多集成有阻尼二极管,而双极型功率晶体管大多没有集成阻尼二极管。场效应管内的阻尼二极管能够为开关电源理性线圈供给无功电流通路。所以,当场效应管的源极电位高于漏极时,这个阻尼二极管导通,但在开关电源中不能运用这个阻尼二极管,需求别的并联超快速二极管。场效应管内的阻尼二极管在关断过程中与一般二极管相同存在反向恢复电流。此刻二极管一方面接受着漏-源极之间急剧上升的电压,另一方面又有反向恢复电流流过。