如何选择开关电源的MOSFET

描述

开关型直流稳压电源它的电路型式主要有单端反激式、单端正激式、半桥式、推挽式和全桥式。它和线性稳压电源的根本区别在于电路中的变压器不工作在工频而是工作在几十千赫兹到几兆赫兹。功率管不是工作在线性区,而是饱和及截止区,即工作在开关状态;开关型直流稳压电源也因此而得名。开关电源大致由主电路、控制电路、检测电路、辅助电源四大部分组成。

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图 开关电源基本电路框图

开关电源适用于全电压范围,不需要压差,可以采用不同的电路拓扑实现不同的输出要求。调整率和输出纹波不如线性电源,效率高。需要的外围元件多,成本高。还有就是开关电源电路设计复杂,故障率高,维护维修不方便。

功率需求:首先,要确定开关电源所需的功率范围。MOSFET的功率处理能力应当满足或超过电源设计的需求。

电压和电流规格:根据电源的输入和输出电压,以及预期的工作电流,选择具有适当额定电压和电流的MOSFET。额定电压和电流应足够高,以确保MOSFET在工作过程中不会因电压或电流过载而损坏。

开关速度:开关速度是MOSFET的一个重要参数,它决定了电源的频率响应和效率。选择具有高开关速度的MOSFET可以提高电源的效率和性能。

热性能:由于MOSFET在工作时会产生热量,因此其热性能也是一个需要考虑的因素。选择具有优良散热性能和耐高温特性的MOSFET,可以确保电源的稳定性和可靠性。

封装类型:MOSFET的封装类型也是选择过程中的一个重要考虑因素。不同的封装类型具有不同的散热性能和安装要求,因此需要根据具体的应用场景和安装环境来选择。

DC/DC 开关控制器的 MOSFET 选择是一个复杂的过程。仅仅考虑 MOSFET 的额定电压和电流并不足以选择到合适的 MOSFET。要想让 MOSFET 维持在规定范围以内,必须在低栅极电荷和低导通电阻之间取得平衡。在多负载电源系统中,这种情况会变得更加复杂。

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降压同步开关稳压器原理图

DC/DC 开关电源因其高效率而广泛应用于现代许多电子系统中。例如,同时拥有一个高侧 FET和低侧 FET 的降压同步开关稳压器,如图 1 所示。这两个 FET 会根据控制器设置的占空比进行开关操作,旨在达到理想的输出电压。降压稳压器的占空比方程式如下:

1) 占空比 (高侧FET,上管) = Vout/(Vin*效率)

2) 占空比 (低侧FET,下管) = 1 – DC (高侧FET)

FET 可能会集成到与控制器一样的同一块芯片中,从而实现一种最为简单的解决方案。但是,为了提供高电流能力及(或)达到更高效率,FET 需要始终为控制器的外部元件。这样便可以实现最大散热能力,因为它让FET物理隔离于控制器,并且拥有最大的 FET 选择灵活性。它的缺点是 FET 选择过程更加复杂,原因是要考虑的因素有很多。

审核编辑:黄飞

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