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關于MOS管導通內阻和米勒電容(Qgd)差異對效率的影響

嘉峪檢測網        2024-12-23 12:38

最近做了一款正激有源鉗位電源,DC48輸入,DC28V輸出,功率200W,頻率100K。下邊分別說說MOS管的差異

 

1.主MOS管用的IRF640,鉗位管也用的IRF640 ,輸出整流管用的MBR20200;實測效率滿載87.5%。IRF640的主要參數

 

 

 

2.正好參加了元器件網的特約評論員活動,給了幾片英飛凌的IPA075N15N3 G,在此先謝謝元器件網及源源。拿到手了就想換上去看看有啥區別,就把主MOS管換了個075N15,結果還真不一樣,滿載效率直接上升3個百分點,到了90.5%。再把IPA075N15N3 G的主要參數放上來

 

 

 

 

先從原理上分析下

 

1.第一種情況,IRF640的總輸入功率Pin640=200/0.875=228.5W,輸入電流Iin640=228.5/48=4.76A,導通損耗Pd640=4.76*4.76*0.18(IRF640的導通內阻)*ton

 

2.第二種情況,075N15的總輸入功率PinN15=200/0.905=221W,輸入電流IinN15=221/48=4.6A,導通損耗PdN15=4.6*4.6*0.0075*ton

 

3.兩個導通損耗相差Pd=Pd640 -PdN15 兩個的總功率相差P=228.5-221=7.5W

 

兩個的開關損耗相差Pk=P-Pd

 

以上所算的都是大概值,因開關損耗的算法比較繁瑣,這就不算了,好多電源資料上都有。米勒電容主要影響開關速度,他里邊所存的電量會和變壓器漏感,還有MOS的一些寄生參數,PCB的一些寄生參數等產生諧振,影響效率。所以應選擇米勒電容比較小的MOS,從測試的波形可以形象的表達出來!

 

這個是640的

 

這個是IPA075N15N3 G的

 

這個從原理上我感覺最簡單的就是加電測量了吧,給VGS加個10V電壓,給DS之間加個恒流源測試DS之間的壓差!我倒是沒有實際測量過

 

先從導通內阻說起吧

 

大家都知道,一般情況下電壓越高,導通內阻越大。這個就和MOS的制作工藝有關系了,為了保證足夠大的漏源擊穿電壓Vds,需要有高電阻率外延層,這會使MOS的導通電阻增大。

 

根據選擇的拓撲選擇合適的MOS管及吸收電路,再保證高端Vds不超的情況下,盡量選擇耐壓低的管子,耐壓高的管子一般會很貴,品種單一沒有耐壓低的可選性多,而且效率不好提升。

 

耐壓相同的管子一般情況下,導通內阻越小價格越高,根據自己的實際使用,在性價比中盡量折中。盡量把魚和熊掌全得到!

 

柵源電壓Vgs的選擇對導通電阻也有影響,電壓越高導通越好,導通程度越好,內阻越小,但隨著柵源電壓Vgs的升高,開關速度會降低,這個以后說;還有可能導致柵源電壓Vgs擊穿,器件失效。柵源電壓越低,導通越差,內阻越大,效率越低。所以建議大家選取柵源電壓Vgs為10V-18V之間。

 

做好散熱,導通內阻隨著溫度的升高而增大,所以要把熱設計搞好,溫升盡量的低,效率盡量的高。

 

這個在管子的datasheet里邊都有體現,下邊咱看下075N15的

 

柵源電壓不同,導通內阻也不一樣。

 

這個雖然沒有直接標出導通內阻,但從電流上可以體現出來,溫度升高電流減小,輸入電壓不變說明內阻增大。

 

以上所說,希望對大家在以后選取MOS時有些幫助

 

再說下MOS管的寄生電容對效率的影響把,這個涉及的比較多了。咱一切從簡單的說,以照顧新人為主,好多大俠比我還懂!

 

大家知道MOS的極間電容直接影響其開關特性,其等效電路如圖

 

輸入電容Ciss=Cgs+Cdg (D,S短接),輸出電容Coss=Cds+Cgd(G,S短接)

 

反饋電容Crss=Cgd(也叫米勒電容)

 

以上是MOS管的電容特性,有定義Q=C*V可得,在電壓一定時,電容量越小,Qg越小。

 

而Qg為柵極的總電荷量,Qgs為柵源極間的電荷量,Qgd為柵漏極間的電荷量。再根據公式t=Q/I得,當電流一定時,Q越小,時間越短,即開關速度越快,開關損耗越小。

 

所以在選取MOS時盡量選取Qg小的,以減小開關損耗。

 

而Qgs主要影響開啟時間,Qgd主要影響關斷時間。

 

1.在兩個MOS管的耐壓及電流一定時,選取Qg小的MOS;

 

2.如我上邊的波形及兩個資料來看,在Qg一樣時要選取Qgd小的MOS。

 

3.根據自己的實際功率選擇合適的MOS,一般情況下內阻越小,Qg越大;Vds越小,Qg越 大。

 

4.根據實際頻率選擇合適MOS,頻率越高開關損耗越大,這個時候可能你的開關損耗越大 于你的導通損耗,這時要適當的選擇內阻大點的MOS,以提升開關損耗;

 

5.盡量選擇貼片的MOS,這樣MOS的引腳短,引腳上的寄生電感等參數會小的多,減小損耗!

 

開啟速度可以在你的PWM到你的柵極加個電阻限制下電流,但關斷速度就全靠你管子的寄生電容參數了。這個一般我會看Qgd,就像我上邊波形顯示的一樣,那個Qgd大的640關斷波形和速度就是沒075N15的快,所以這就和你選擇管子有關系了。你說的“我覺得還是應該看你的開關管漏端電壓的下降/上升和開關管電流的上升/下降時間的交疊時間吧,你開得快,交疊時間多;和你開得慢,交疊時間少”是對的,但你可以通過選擇MOS管的寄生電容盡量的去減小你的交疊時間,去提高效率。軟開關不也是刻意去改變管子的導通關斷,去實現零電壓或零電流,這也是軟開關技術效率高的原因之一吧!

 

原文鏈接:

https://www.dianyuan.com/bbs/987183.html

 

 

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來源:Internet

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