RS瑞森半导体高压MOS在开关电源中的应用

开关电源（Switch Mode Power Supply，简称SMPS），又称交换式电源、开关变换器，是电源供应器的一种高频化电能转换装置，也是一种以半导体功率器件为开关管，控制其关断开启时间比率，来保证稳定输出直流电压的电源。在目前电子产品的飞速增长中，开关电源凭借其70%~90%的电源效率，广泛应用于各种电器设备及电机等，得到了市场的一致好评。

一、开关电源分类

开关电源种类繁多，具体可按照以下分类：

按开关管的个数及衔接办法，可分为单端式、推挽式、半桥式和全桥式等；

按激励办法，可分为自激式和他激式；

按调制办法，可分为脉宽调制(PWM)办法和脉频调制(PFM)；

按能量传递办法又可分为正激式和反激式。

无论何种方式，基本原理都是使用MOS管作为开关管控制，通过变压器的电流频率和占空比，来达到调制电压目的。同时因为大部分开关电源都会将市电转换为所需电压，故作为开关管的MOS多为高压MOS，其中以500V、600V、650V居多，甚至有些部分电路需要900V的开关MOS管。下图为常见的正激和反激式开关电源电路。

二、开关电源的MOS管选型注意事项

为使开关电源稳定高效的工作，需选用合适的MOS管作为开关管，在开关电源的MOS管选型中，主要注意以下几点：
 

1.在电源电路的应用中，VDSS(漏源电压）是首先要考虑的参数。其应用中MOS的最大漏源电压峰值不应大于器件规范中漏源击穿电压标称值的90%，否则在应用中容易造成MOS的击穿，如下图所示反映在MOS管的datasheet中。

2.确定MOS管的额定电流，该额定电流应是电路中负载在所有情况下能会产生的最大电流。因而所选的MOS管必须确保能承受这个额定电流。datasheet电流分为连续模式电流ID和脉冲尖峰电流IDM。在连续导通ID模式下，MOS管处于稳态，此时电流连续通过器件。脉冲尖峰IDM是指有大量电涌(或尖峰电流)流过器件。另外注意，MOS管的电流跟温度是负相关，随着工作时温度上升，MOS通过电流能力会降低，所以要根据实际应用环境温度去选择合适的MOS额定电流。MOS管电流和温度关系如下图：

3.MOS管另一个重要参数是RDS(ON)，即MOS管在导通时存在的内阻，它会导致使用过程中电能损耗，也称之为导通损耗。MOS管RDS(ON)与施加的电压VGS有关，在一定范围内VGS越高RDS(ON)就会越小，但当VGS达到一定阀值时，VGS继续升高并不会造成RDS(ON)太大变化，这称之为MOS的完全开启。设计电路时，要注意控制电路的IC电压与MOS的开启电压是否匹配以及控制IC电压能否使MOS管完全开启。如果未完全导通会使得RDS(ON)变大，导致损耗增加和管体温度上升等问题。另外，MOS管的RDS(ON)和温度呈正相关，会随着温度上升RDS(ON)升高而使导通损耗变大。MOS管的RDS(ON)和温度关系如下图：

4.MOS管的开关性能：影响开关性能的参数有很多，但最重要的是栅极/漏极、栅极/源极及漏极/源极电容和反向恢复时间。在datasheet中，通常表现为Ciss(输入电容)，Coss(输出电容)：Crss(反向传输电容)和Trr。在MOS管工作时，每次开关都要对它们充电，这些电容会在器件中产生开关损耗，并且会导致MOS管的开关速度被降低，器件效率也下降，但这并不意味着越低的电容越好，较低的电容量虽然会提高开关速度，也容易导致电路中的尖峰电压升高和EMI变大，所以在电路设计时，MOS的电容以及电荷的选择往往都是各需求折中的结果；其次，Trr会直接影响开关损耗，逆变器电路或者谐振电路对此项参数的要求更加严格。

所以说电路设计是一个复杂的系统工程，需要电路设计工程师们对MOS管的特性、参数的匹配有着深刻的理解，在产品选型过程中，如果有任何技术问题，欢迎随时联系我司多位资深FAE工程师。

三、瑞森半导体平面高压MOS产品推荐

瑞森半导体高压MOS采用新的平面工艺，着重提升MOS管的抗冲击能力、降低导通内阻RDS(ON)，并具有开关速度快的优点，为开关电源开发提供最佳选择。

 

　　审核编辑：汤梓红