场效应管功耗分析-功率损耗测试-KIA MOS管

场效应管功耗

功率放大电路是一种以输出较大功率为目的的放大电路。因此，要求同时输出较大的电压和电流。管子工作在接近极限状态。一般直接驱动负载，带载能力要强。功率MOSFET是较常使用的一类功率器件。

做开关电源，常用功率MOSFET。一般而言，MOS管制造商采用RDS（ON）参数来定义导通阻抗;对ORing FET应用来说，RDS（ON）也是最重要的器件特性。数据手册定义RDS（ON）与栅极（或驱动）电压VGS以及流经开关的电流有关，但对于充分的栅极驱动，RDS（ON）是一个相对静态参数。

若设计人员试图开发尺寸最小、成本最低的电源，低导通阻抗更是加倍的重要。在电源设计中，每个电源常常需要多个ORing MOS管并行工作，需要多个器件来把电流传送给负载。

在许多情况下，设计人员必须并联MOS管，以有效降低RDS（ON）。在DC电路中，并联电阻性负载的等效阻抗小于每个负载单独的阻抗值。

比如，两个并联的2Ω电阻相当于一个1Ω的电阻。因此，一般来说，一个低RDS（ON）值的MOS管，具备大额定电流，就可以让设计人员把电源中所用MOS管的数目减至最少。

除了RDS（ON）之外，在MOS管的选择过程中还有几个MOS管参数也对电源设计人员非常重要。许多情况下，设计人员应该密切关注数据手册上的安全工作区（SOA）曲线，该曲线同时描述了漏极电流和漏源电压的关系。

基本上，SOA定义了MOSFET能够安全工作的电源电压和电流。在ORing FET应用中，首要问题是：在“完全导通状态”下FET的电流传送能力。实际上无需SOA曲线也可以获得漏极电流值。

MOSFET在关断瞬间，会承受到最大的电压冲击，这个最大电压跟负载有很大关系：如果是阻性负载，那就是来自VCC端的电压，但还需要考虑电源本身的质量，

如果电源质量不佳，需要在前级加些必要的保护措施;如果是感性负载，那承受的电压会大不少，因为电感在关断瞬间会产生感生电动势（电磁感应定律），其方向与VCC方向相同（楞次定律），承受的最大电压为VCC与感生电动势之和;如果是变压器负载的话，在感性负载基础上还需要再加上漏感引起的感应电动势。

对于以上几种负载情况，在计算出（或测出）最大电压后，再留有20%~30%的裕量，就可以确定所需要的MOSFET的额定电压VDS值。

在这里需要说的是，为了更好的成本和更稳定的性能，可以选择在感性负载上并联续流二极管与电感在关断时构成续流回路，释放掉感生能量来保护MOSFET，如果必要，还可以再加上RC缓冲电路（Snubber）来抑制电压尖峰。（注意二极管方向不要接反。

额定电压确定后，电流就可以计算出来了。这里需要考虑两个参数：一个是连续工作电流值和脉冲电流尖峰值（Spike和Surge），这两个参数决定选多大的额定电流值。

场效应管功耗原理图和实测图

一般来说，开关管工作的功率损耗原理图如图所示，主要的能量损耗体现在“导通过程”和“关闭过程”，小部分能量体现在“导通状态”，而关闭状态的损耗很小几乎为0，可以忽略不计。

场效应管和PFC MOSFET的测试区别

对于普通MOS管来说，不同周期的电压和电流波形几乎完全相同，因此整体功率损耗只需要任意测量一个周期即可。

但对于PFC MOS管来说，不同周期的电压和电流波形都不相同，因此功率损耗的准确评估依赖较长时间（一般大于10ms），较高采样率（推荐1G采样率）的波形捕获，此时需要的存储深度推荐在10M以上，并且要求所有原始数据（不能抽样）都要参与功率损耗计算，实测截图如图所示。

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