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功率MOSFET的正向截止等效电路

功率MOSFET正向截止时可用一电容等效,其容量与所加的正向电压、环境温度等有关,大小可从制造商的手册中获得。

功率MOSFET的稳态特性总结

(1)功率MOSFET稳态时的电流/电压曲线

功率MOSFET正向饱和导通时的稳态工作点:

当门极不加控制时,其反向导通的稳态工作点同二极管。

(3):

稳态特性总结:

--门极与源极间的电压V控制器件的导通状态;

当V<

V时,器件处于断开thgsgs状态,V一般为3V;

当V>

V时,器件处于导通状态;

器件的通态电阻与Vgsthgsth有关,V大,通态电阻小;

多数器件的V为12V-15V,额定值为+-30V;

gsgs--器件的漏极电流额定是用它的有效值或平均值来标称的;

只要实际的漏极电流有效值没有超过其额定值,保证散热没问题,则器件就是安全的;

--器件的通态电阻呈正温度系数,故原理上很容易并联扩容,但实际并联时,还要考虑驱动的对称性和动态均流问题;

--目前的Logic-Level的功率MOSFET,其V只要5V,便可保证漏源通态电gs阻很小;

--器件的同步整流工作状态已变得愈来愈广泛,原因是它的通态电阻非常小(目前最小的为2-4毫欧),在低压大电流输出的DC/DC中已是最关键的器件;

包含寄生参数的功率MOSFET等效电路

实际的功率MOSFET可用三个结电容,三个沟道电阻,和一个内部二极管及一个理想MOSFET来等效。

三个结电容均与结电压的大小有关,而门极的沟道电阻一般很小,漏极和源极的两个沟道电阻之和即为MOSFET饱和时的通态电阻。

功率MOSFET的开通和关断过程原理

(1):

开通和关断过程实验电路

(2):

MOSFET的电压和电流波形:

开关过程原理:

t-t]:

[开通过程40资料Word

tt时,MOSFET被驱动开通;

前,MOSFET工作于截止状态,--在00t-t]区间,MOSFET的GS电压经--[V对C充电而上升,在t时刻,到达101gsgg

维持电压V,MOSFET开始导电;

tht-t]区间,MOSFET的DS[电流增加,Millier电容在该区间内因DS电容--21的放电而放电,对GS电容的充电影响不大;

t-t]区间,至t2时刻,MOSFET的DS电压降至与Vgs--[相同的电压,Millier32电容大大增加,外部驱动电压对Millier电容进行充电,GS电容的电压不变,Millier电容上电压增加,而DS电容上的电压继续减小;

t-t]区间,至t3时刻,MOSFET的DS--[电压降至饱和导通时的电压,Millier43电容变小并和GS电容一起由外部驱动电压充电,GS电容的电压上升,至t4时刻为止。

此时GS电容电压已达稳态,DS电压也达最小,即稳定的通态压降。

[关断过程95tt时,MOSFET被驱动关断;

前,MOSFET工作于导通状态,--在55t-t]区间,MOSFET的C--[电压经驱动电路电阻放电而下降,在t时刻,656gsMOSFET的通态电阻微微上升,DS电压梢稍增加,但DS电流不变;

t-tt时刻,MOSFET的Millier]区间,在电容又变得很大,故GS--[电容676的电压不变,放电电流流过Millier电容,使DS电压继续增加;

t-tt时刻,MOSFET的DS电压升至与--[Vgs]区间,至相同的电压,Millier787电容迅速减小,GS电容开始继续放电,此时DS电容上的电压迅速上升,DS电流则迅速下降;

t-tt时刻,GS电容已放电至Vth,[--MOSFET]区间,至完全关断;

该区间898内GS电容继续放电直至零。

因二极管反向恢复引起的MOSFET开关波形

实验电路

因二极管反向恢复引起的MOSFET开关波形:

功率MOSFET的功率损耗公式

导通损耗:

该公式对控制整流和同步整流均适用

该公式在体二极管导通时适用

容性开通和感性关断损耗:

为MOSFET器件与二极管回路中的所有分布电感只和。

一般也可将这个损耗看成器件的感性关断损耗。

开关损耗:

开通损耗:

考虑二极管反向恢复后:

关断损耗:

驱动损耗:

功率MOSFET的选择原则与步骤

选择原则

(A):

根据电源规格,合理选择MOSFET器件(见下表):

(B):

选择时,如工作电流较大,则在相同的器件额定参数下,

--应尽可能选择正向导通电阻小的MOSFET;

--应尽可能选择结电容小的MOSFET。

选择步骤

根据电源规格,计算所选变换器中MOSFET的稳态参数:

--正向阻断电压最大值;

--最大的正向电流有效值;

从器件商的DATASHEET中选择合适的MOSFET,可多选一些以便实验时比较;

(C):

从所选的MOSFET的其它参数,如正向通态电阻,结电容等等,估算其工作时的最大损耗,与其它元器件的损耗一起,估算变换器的效率;

(D):

由实验选择最终的MOSFET器件。

理想开关的基本要求

符号

要求

稳态要求:

合上K后

--开关两端的电压为零;

--开关中的电流有外部电路决定;

--开关电流的方向可正可负;

--开关电流的容量无限。

断开K后

--开关两端承受的电压可正可负;

--开关中的电流为零;

--开关两端的电压有外部电路决定;

--开关两端承受的电压容量无限。

动态要求:

K的开通

--控制开通的信号功率为零;

--开通过程的时间为零。

K的关断

--控制关断的信号功率为零;

--关断过程的时间为零。

波形

其中:

H:

控制高电平;

L:

控制低电平

--Ion可正可负,其值有外部电路定;

--Voff可正可负,其值有外部电路定。

用电子开关实现理想开关的限制

电子开关的电压和电流方向有限制:

电子开关的稳态开关特性有限制:

--导通时有电压降;

(正向压降,通态电阻等)

--截止时有漏电流;

--最大的通态电流有限制;

--最大的阻断电压有限制;

--控制信号有功率要求,等等。

电子开关的动态开关特性有限制:

--开通有一个过程,其长短与控制信号及器件内部结构有关;

--关断有一个过程,其长短与控制信号及器件内部结构有关;

--最高开关频率有限制。

目前作为开关的电子器件非常多。

在开关电源中,用得最多的是二极管、MOSFET、IGBT等,以及它们的组合。

电子开关的四种结构

单象限开关

电流双向(双象限)开关

电压双向(双象限)开关

(4):

四单象限开关

开关器件的分类

(1):

按制作材料分类:

--(Si)功率器件;

--(Ga)功率器件;

--(GaAs)功率器件;

--(SiC)功率器件;

--(GaN)功率器件;

---下一代

--(Diamond)功率器件;

---再下一代

按是否可控分类:

--完全不控器件:

如二极管器件;

--可控制开通,但不能控制关断:

如普通可控硅器件;

--全控开关器件

--电压型控制器件:

如MOSFET,IGBT,IGT/COMFET,SIT等;

--电流型控制期间:

如GTR,GTO等

按工作频率分类:

--低频功率器件:

如可控硅,普通二极管等;

--中频功率器件:

如GTR,IGBT,IGT/COMFET;

--高频功率器件:

如MOSFET,快恢复二极管,萧特基二极管,SIT等

按额定可实现的最大容量分类:

--小功率器件:

如MOSFET

--中功率器件:

如IGBT

--大功率器件:

如GTO

(5):

按导电载波的粒子分类:

--多子器件:

如MOSFET,萧特基,SIT,JFET等

--少子器件:

如IGBT,GTR,GTO,快恢复,等

不同开关器件的比较

几种可关断器件的功率处理能力比较

几种可关断器件的工作特性比较

上面的数据会随器件的发展而不断变化,仅供参考。

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