解析|MOS管电流选择-额定电流-KIA MOS管
MOS开关管额定电流的选择
MOS管电流选择:开关管额定电流的选择是对额定电流与壳温的关系、导通电阻与结温的关系、导通电阻产生的电压降等因素的综合。
从额定电流与壳温的关系,需要选择开关管的额定电流为开关实际峰值电流的2倍。考虑到高压MOS管的导通电阻比较高,所产生的电压降也会比较高。如IRFBC40在最高结温时流过额定电流一半的状态下导通电压降为:
如此高的导通电压接近直流母线电压的3%,也就是说仅仅开关管的导通电压就可以造成开关电源3%效率的丢失。这是不能容忍的,因此需要进一步降额,也就是说至少要将开关管的额定电流增大到开关管实际的峰值电流4倍,这样可以将导通电压峰值降低到4.2V。
通过以上分析可以看到,开关管额定电流的选择并不是单纯的直接选择额定电流就可以了,而是需要大幅度的降额,要降额到25%或更低才能保证开关管的导通损耗不到于过高。
MOS管电流选择-选择MOS管的额定电流
视电路结构而定,该额定电流应是负载在所有情况下能够承受的最大电流。与电压的情况相似,设计人员必须确保所选的MOS管能承受这个额定电流,即使在系统产生尖峰电流时。
两个考虑的电流情况是连续模式和脉冲尖峰。在连续导通模式下,MOS管处于稳态,此时电流连续通过器件。脉冲尖峰是指有大量电涌(或尖峰电流)流过器件。一旦确定了这些条件下的最大电流,只需直接选择能承受这个最大电流的器件便可。
选好额定电流后,还必须计算导通损耗。在实际情况下,MOS管并不是理想的器件,因为在导电过程中会有电能损耗,这称之为导通损耗。
MOS管在"导通"时就像一个可变电阻,由器件的RDS(ON)所确定,并随温度而显著变化。器件的功率耗损可由Iload2×RDS(ON)计算,由于导通电阻随温度变化,因此功率耗损也会随之按比例变化。
对MOS管施加的电压VGS越高,RDS(ON)就会越小;反之RDS(ON)就会越高。对系统设计人员来说,这就是取决于系统电压而需要折中权衡的地方。
对便携式设计来说,采用较低的电压比较容易(较为普遍),而对于工业设计,可采用较高的电压。注意RDS(ON)电阻会随着电流轻微上升。关于RDS(ON)电阻的各种电气参数变化可在制造商提供的技术资料表中查到。
技术对器件的特性有着重大影响,因为有些技术在提高最大VDS时往往会使RDS(ON)增大。
对于这样的技术,如果打算降低VDS和RDS(ON),那么就得增加晶片尺寸,从而增加与之配套的封装尺寸及相关的开发成本。业界现有好几种试图控制晶片尺寸增加的技术,其中最主要的是沟道和电荷平衡技术。
在沟道技术中,晶片中嵌入了一个深沟,通常是为低电压预留的,用于降低导通电阻RDS(ON)。为了减少最大VDS对RDS(ON)的影响,开发过程中采用了外延生长柱/蚀刻柱工艺。
半导体开发了称为SupeRFET的技术,针对RDS(ON)的降低而增加了额外的制造步骤。这种对RDS(ON)的关注十分重要,因为当标准MOSFET的击穿电压升高时,RDS(ON)会随之呈指数级增加,并且导致晶片尺寸增大。
SuperFET工艺将RDS(ON)与晶片尺寸间的指数关系变成了线性关系。这样,SuperFET器件便可在小晶片尺寸,甚至在击穿电压达到600V的情况下,实现理想的低RDS(ON)。结果是晶片尺寸可减小达35%.而对于最终用户来说,这意味着封装尺寸的大幅减小。
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