功率MOSFET的15点经验（下）

liuyian2011

功率MOSFET的15点经验（下）

功率MOSFET的功率损耗公式
（1）：导通损耗

9 ~3 ~; [4 ?9 J  K4 W- l7 Y, q

该公式对控制整流和同步整流均适用。
( f9 z0 R) O, C: W4 K
) ~6 h4 g% m+ R, G' Y

1 t/ @) b1 B1 O3 b

该公式在体二极管导通时适用。

' }3 U" S  c8 F5 s) |

（2）：容性开通和感性关断损耗

( M2 g7 J: c/ H, d

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。

# m8 L" W/ H6 v" ^! Q' j! {3 e

（3）：开关损耗

开通损耗：

. e1 O% A! z$ Z9 P8 k' Q

考虑二极管反向恢复后：

3 |) M6 l* L5 K) X

关断损耗：

驱动损耗：

1 q; L1 t. z% u0 }# Q* q0 k2 O

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；
  
  $ Q3 h# ~; W) e1 g* c6 }

• 应尽可能选择结电容小的 MOSFET。
  
  # ~2 Q: N$ Y+ w7 a8 Z4 W+ g  E

0 L' A( v+ i: C

（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。

: h. C! i  a$ Y" f

理想开关的基本要求

. [1 F0 K1 p0 Y: s" P, Q* L8 n3 n

（1）：符号

: }: {' _! O) W! s& ]: u8 @

  |5 `7 c: J, N7 H9 ]

（2）：要求

（A）：稳态要求

合上 K 后

• 开关两端的电压为零；
  
  # F& h; F3 B; I, p3 p  s1 X7 V

• 开关中的电流有外部电路决定；
  
  4 g1 P, |3 K5 |' X' z0 u! F1 t& _

• 开关电流的方向可正可负；
  
  1 ~0 x0 h) C3 m8 i) p1 l  ?

• 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；
  
  ' h# J" O8 I1 x0 A- N

• 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；
  
  $ y; V6 Q$ B  f2 R4 W$ m

• 开通过程的时间为零。
  
  ! `- n7 S2 d4 Y, l0 _3 z: S

K 的关断

• 控制关断的信号功率为零；
  
  ' ^" V8 s2 E5 X$ @7 \

• 关断过程的时间为零。
  
  $ d, ?/ n# {; W" d) v% M8 _! d

（3）：波形

' d8 e( D/ Q) ?! O8 e

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。
  
  

0 K% Y9 _( o9 G2 @, p; a

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）
  
  : S5 q4 F2 \; q; Y! t" y

• 截止时有漏电流；
  
  2 R4 n  Y- Y" {5 j

• 最大的通态电流有限制；
  
  . I$ o- K7 @7 J! L/ _; X

• 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；
  
  0 \# ~% I# Z8 D. M. Q

• 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。
  
  8 ~- f% W$ ]5 O, u! Y; F

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

2 v& @6 n9 m5 U" u, K4 F

（1）：单象限开关

" @1 U- E& u5 ~; ^5 B0 `

（2）：电流双向（双象限）开关

# B$ R. Y( @# |) O- j. r

3 f/ Q$ G, t$ W# M0 m

（3）：电压双向（双象限）开关

& i, {# A) G6 s6 @  U

（4）：四单象限开关

* ^3 E5 t7 P! H+ V3 S

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；
  
  7 i: O/ v0 ^1 s1 d+ H

• （SiC）功率器件；
  
  

• （GaN）功率器件；--- 下一代
  
  

• （Diamond）功率器件；--- 再下一代
  
  & r2 }6 S6 o+ f/ _) T" k7 g% A" J1 G

（2）：按是否可控分类

• 完全不控器件：如二极管器件；
  
  + B. {. n1 |6 P4 \

• 可控制开通，但不能控制关断：如普通可控硅器件；
  
  3 [. N- j* D6 ]+ ^- v, F

• 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
  
  ) g/ c- I! e# Y) D+ X) ?

（3）：按工作频率分类

• 低频功率器件：如可控硅，普通二极管等；
  
  # G% B7 j0 `% E( W" n

• 中频功率器件：如GTR，IGBT，IGT/COMFET；
  
  - k0 n) q" @( F& A6 E3 P

• 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
  
    \# m4 b4 |- B& h9 o  O

• 中功率器件：如IGBT
  
  

• 大功率器件：如GTO
  
  4 a# H' y$ E# Y4 k9 |! \

（5）：按导电载波的粒子分类：

• 多子器件：如MOSFET，萧特基，SIT,JFET 等
  
  - [+ k5 ^/ r; f. d

• 少子器件：如IGBT，GTR，GTO，快恢复，等
  
  

6 f) b! r7 m2 _  I

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

% t5 m( E# H, ~: ?& i% X

上面的数据会随器件的发展而不断变化，仅供参考。

% u9 {6 {+ _! I2 H

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# H. J5 T* l9 c! o9 K9 i; l. o
/ q& R; h, c5 l" h. h4 U) D6 k

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