导言
场效应管MOSFET是开关电源中中心的器材之一，MOSFET因导通内阻低、开关速度快等长处被广泛运用于开关电源的各种拓扑架构中，也是影响电源可靠性的重要器材。因而，MOS管的运用及匹配在开关电源中就显得尤为重要。
本文介绍了传统PFC电路MOS管在运用过程中发生振动的机理，经过详细的事例剖析了因MOS振动引起损坏的各种原因。
图1 PFC电路原理图
1 PFC电路作业原理
PFC(功率因数校对)主要是对输入电流波形进行操控，使其同步输入电压波形。功率因数是指有功功率与视在功率的比值。功率要素能够衡量电力被有用运用的程度，当功率要素值越大，代表其电力运用率越高。 开关电源 是1种电容输入型电路，其电流和电压之间的相位差会形成交流功率的丢失，因而需求PFC电路进步功率因数。现在的PFC有2种，被动式PFC（也称无源PFC）和自动式PFC（也称有源式PFC）。一般选用自动式PFC电路进步开关电源功率因数，如图1所示。
在上述电路中，PFC电感L1在MOS管Q1导通时贮存能量，在开关管Q1截止时，电感L1上感应出右正左负的电压，将导通时贮存的能量经过升压二极管D2对大滤波电容C3充电，输出能量，只不过其输入的电压是没有经过滤波的脉动电压。特别地，PFC电感L1上都并联着1个二极管D1，该二极管D1一方面下降对PFC电感和升压二极管的浪涌冲击，另一方面维护PFC开关管。经过此电路，然后完成输入电压和电流波形的同相位，大大进步对电能的运用功率。
图2 PFC MOS驱动波形
2 MOS管振动原理剖析
一般地，为了改进PFC电路引起的电源EMI（电磁搅扰），一般在PFC MOS管的D、S间并联1个高压电容，容值一般为(47~220）pF,在PFC升压二极管D2上并联1个高压电容，一般取值为(47~100) pF。对一般的MOS管运用而言，在开关机及正常运用过程中，不会呈现异常。可是当MOS管寄生参数发生变化时，且在快速开关机过程中，就会呈现显着的驱动波形振动（如图2），严峻时引起MOS管的损坏。
经过对PFC MOS管进行测验和深入剖析发现，MOS管的寄生参数对振动起着关键作用。经过电路试验模仿和仿真，证明了这一现象发生的根本原因。图3为PFC MOS管的等效电路图。
图3 为PFC MOS管的等效电路图
MOS管除了3个极之间的Cgd、Cds和Cgs寄生电容外，在G极、D极和S极别离串有寄生电感Lg、Ld和Ls，这些寄生电感主要由MOS管的引脚原料和引脚长度决议，它们是实在存在的。当为了改进电路的EMI时，一般在MOS管D、S间并联高压电容，在此为了模仿试验，选用Cds(ext) 470 pF来阐明，MOS管导通电阻为Rdson。在开机过程中，参加的回路阐明如下：
1)PFC二极管D2的反向恢复电流通路为：D2经Ld和Rdson，再到Ls。
2)在米勒渠道期间，Cds、Cds(ext)及Cgd放电，放电能量贮存在Ld、Ls和Lg中，放电回路别离为：
①Cds经过Rdson放电，Ld、Ls和Lg不参加谐振；
②Cds(ext) 放电回路别离为：
Cds(ext)→Ld→Rdson→Ls→Cds(ext)，和
Cds(ext)→Ld→Cgd→Cgs→Ls→Cds(ext)，及
Cds(ext)→Ld→Cgd→Lg→PFC IC→Cds(ext)
从上述回路能够看出，放电能量别离贮存在Ld、Ls和Lg中。
③ Cgd放电回路为：
Cgd→Rdson→Cgs→Cgd，和
Cgd→Rdson→Ls→PFC IC→Lg→Cgd
从上述回路能够看出，放电能量别离贮存在Ls和Lg中。
因为上述寄生电容和寄生电感及外接电容Cds(ext)的通路存在，在PFC MOS管重复开关机过程中，引起驱动波形的振动，严峻时，引起开关MOS的损坏。
经过仿真电路，也可模仿出相似的波形，其仿真成果如图4。
图4(a) PFC MOS仿真参数图
图4(b) PFC MOS仿真波形
3 MOS管振动问题处理办法及作用承认
针对PFC MOS在运用过程中振动引起的损坏问题，结合上述MOS管振动机理的剖析，在实践运用中，采纳的对策如下。
1)在PFC升压二极管上尽量不添加电容，防止因该电容引起二极管反向恢复时间加大，然后引起MOS管振动加重，形成损坏。
2)在PFC MOS管的漏极（D极）串联磁珠，因为磁珠表现为高频阻抗特性，用于按捺快速开关机时MOS引起的串联谐振。
3)为了处理因PFC MOS引起的EMC问题，一般在PFC MOS管的漏-源极（D-S极）间并联(47~220) pF的高压电容，为了防止与MOS内部的寄生电感引起振动，尽量不添加此电容。若因EMC必需添加时，需与MOS管漏极磁珠一起运用。
详细原理图如图5所示。
图5 改进后的PFC原理图
从图6实践测验波形能够看出，选用上述办法后，在快速开关机时，MOS管栅极波形消除了瞬态尖峰，然后确保MOS管快速开关机时的应力要求，防止因振动形成的损坏问题。
图6(a) 改进前PFC驱动波形（绿色）
图6(b) 改进后PFC驱动波形（绿色）
4 结语
本文针对MOS管寄生参数引起振动形成损坏问题，进行了理论剖析和电路仿真模仿，得出了MOS管除了寄生电容外，还存在因为MOS引脚原料和长短引起的寄生电感，并经过实践的事例进行了验证，证明了寄生电感的存在。经过添加切实有用的对策，防止了因寄生电容和寄生电感振动引起的PFC MOS损坏，具有极大的规划参阅含义。
参阅文献：
[1] 钟炎平.电力电子电路规划[M].武汉:华中科技大学出版社,2010.
[2] 康华光.电子技术根底[M].北京:高等教育出版社,2009.
[3] 张占松,蔡宣三.开关电源的原理与规划.北京:电子工业出版社,2004.
