功率MOSFET的15点经验（下）

liuyian2011

功率MOSFET的15点经验（下）

+ P8 e' ?5 Q( j" M

功率MOSFET的功率损耗公式
, H' K" {( ?  J （1）：导通损耗

0 S6 ?0 V% @! c: P% O

该公式对控制整流和同步整流均适用。
' |7 r  T1 G. h3 u3 a
! b) p  |) z: b

- I  B8 p9 p" U! ]0 q

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。

' o( F7 U" B3 s' U' k

（3）：开关损耗

开通损耗：

- \- T: L( I7 X3 N; w1 o

考虑二极管反向恢复后：

% a- [' v  m4 L6 ~$ ]! G 关断损耗：

* t$ s7 ^! }" K

驱动损耗：

4 F5 c1 H% N" h- E4 o* @% r7 D2 F, D

功率MOSFET的选择原则与步骤

& E+ L" z, y; i8 [. A+ C

（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；
  
  9 s0 f% F7 ]/ w; w

• 应尽可能选择结电容小的 MOSFET。
  
  

6 o4 E1 i. _7 y

（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；
  
  2 q9 P) I: y% V2 T

（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

0 [% T# |+ V' V% E3 S0 C8 E4 A: E

8 K- j! N8 m4 g! n; j3 B

（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；
  
  8 T/ F! w, l; K7 j4 }

• 开关电流的方向可正可负；
  
  ' v# s. J7 q3 J! R

• 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；
  
  $ Q& j  q' @7 Q

• 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；
  
  , \# `0 K# `) r: ]  L

• 开通过程的时间为零。
  
  ! g& {6 P0 ^6 a! [- R8 Q

K 的关断

• 控制关断的信号功率为零；
  
  

• 关断过程的时间为零。
  
  + Q9 l! R$ \) p, D

（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；
  
  / V) Y  x/ c( I& x2 e+ q

• Voff 可正可负，其值有外部电路定。
  
  $ y$ Q( E- f2 ^- a& y' W

# W' ^$ p4 H) X! p$ G

用电子开关实现理想开关的限制

1 {- k# H- A$ x2 H

（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）
  
  & o# C3 }  x, D, M

• 截止时有漏电流；
  
  ( z& g! j) f  {* q7 f2 N

• 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。
  
  % }- W, j3 G; X2 D; V

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

3 H5 b* \8 s* `3 ?

（1）：单象限开关

  g* N- h- z! W7 l1 q) i

- b3 ?6 }( y' ?. z

（2）：电流双向（双象限）开关

4 \1 x9 k6 X$ @7 L4 [6 K

（3）：电压双向（双象限）开关

（4）：四单象限开关

6 P. \, F$ D/ {+ L! o

8 ?" v; N  x" V

开关器件的分类

（1）：按制作材料分类

• （Si）功率器件；
  
  $ K- i; Y( S1 |: M

• （Ga）功率器件；
  
  + W3 l! \1 F5 Z7 p

• （GaAs）功率器件；
  
  

• （SiC）功率器件；
  
  6 S' L$ \9 d' ^

• （GaN）功率器件；--- 下一代
  
  3 t8 O4 ]3 R4 t7 I; z  ^: C, _

• （Diamond）功率器件；--- 再下一代
  
  / I- s" G; e4 T0 {# E" v# L

（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；
  
  $ \5 L! U! G* \& h4 e9 W

• 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
  
  

  x2 V$ J$ }7 o$ D: ^) s1 T

（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
  
  

5 y1 A3 e; s6 e0 q4 F8 |: {, e

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

9 _( n. V4 e5 f7 r$ |

（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。

' w* t5 f4 V# V: _

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