MOS管在开关电源中的应用

文摘   科技   2024-08-14 19:02   浙江  

MOS管应用-开关电源

MOS管的另一个非常重要的应用是在开关电源上。但是我们现在看到很多开关电源的设计,只需要外部接一个电感器而没有MOS管了,这是因为有很多开关电源厂家将MOS管/二极管等集成到了电源模块内部,集成的MOS管又更好的一致性,而且更可控。但就其原理来说,开关电源电路是离不开开关管和续流二极管(MOS管)的。

那么,MOS管凭啥能作为开关电源电路中的优选呢?

这是因为MOS管由于开关速度快,通流能力强,非常适合在低压,大电流,中等功率(几百瓦)以下的应用,能有效提升电源转换效率。

如下图所示为BUCK开关电源的驱动部分电路,以及PWM对应的上管和下管控制波形。

1. 开关电源的开关(对应上管)和续流二极管(对应下管),可以使用MOS管来实现,而MOS管上管和下管开启/关闭的时间,决定了MOS管的开关损耗:

MOS管的导通过程分析中,我们看到MOS管开关损耗主要发生在t2->t4阶段,即从MOS管打开至米勒平台结束这个阶段,而其中的重点又是米勒平台阶段

1, 上管上升时间:Tru

2, 上管下降时间:Tfu

3, 下管上升时间:Trl

4, 下管下降时间:Tfl

2. 如果上下管同时导通,会导致电源到地短路;要避免上下管同时开启,在开启上下管之间增加死区时间:

死区时间的设计标准已经历了好几代,而且很多开关电源芯片已预留了死区时间,但在具体设计时外部的条件:MOS管选型,驱动走线设计等,都会影响死区的裕量,有可能还是会导致上下管同时导通

1, Tugflgr(uG to lG dead time)

2, Tlgfugr(lG to uG dead time)

3. MOS管寄生二极管续流和寄生电容的影响:

1, 寄生二极管是MOS管固有的,由P衬底和ND极)之间形成,在BUCK电源中用于死区时间内提供电感续流电流;

2, CGD容值的大小会影响米勒平台时间的长短,米勒平台时间越长,MOS管的开关损耗就越大,加强驱动能力(1A以上),可以有效减小米勒平台时间;

3, CGS电容和PCB线路寄生电感(L)可能会谐振产生LC振荡,导致MOS管误开启/关断,需要在G极走线上串联电阻(1/2.2ohm),并联K级阻值电阻,防止振荡及EMI辐射问题。

4, DS之间增加电容,用于吸收开关过程中的浪涌电流。


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