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140DDO35300低RDS(ON) 可把BOM及PCB尺寸降至最小
一般而言,MOS管制造商采用RDS(ON) 參數來定義導通阻抗;對ORing FET應用來說,RDS(ON) 也是最重要的器件特性。數據手冊定義RDS(ON) 與柵極 (或驅動) 電壓 VGS 以及流經開關的電流有關,但對于充分的柵極驅動,RDS(ON) 是一個相對靜態參數。
若設計人員試圖開發尺寸最小、成本最低的電源,低導通阻抗更是加倍的重要。在電源設計中,每個電源常常需要多個ORing MOS管并行工作,需要多個器件來把電流傳送給負載。在許多情況下,設計人員必須并聯MOS管,以有效降低RDS(ON)。
需謹記,在 DC 電路中,并聯電阻性負載的等效阻抗小于每個負載單獨的阻抗值。比如,兩個并聯的2Ω 電阻相當于一個1Ω的電阻 。因此,一般來說,一個低RDS(ON) 值的MOS管,具備大額定電流,就可以讓設計人員把電源中所用MOS管的數目減至最少。
除了RDS(ON)之外,在MOS管的選擇過程中還有幾個MOS管參數也對電源設計人員非常重要。許多情況下,設計人員應該密切關注數據手冊上的安全工作區(SOA)曲線,該曲線同時描述了漏極電流和漏源電壓的關系。基本上,SOA定義了MOSFET能夠安全工作的電源電壓和電流。在ORing FET應用中,首要問題是:在"完全導通狀態"下FET的電流傳送能力。實際上無需SOA曲線也可以獲得漏極電流值。
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140DDO35300 若設計是實現熱插拔功能,SOA曲線也許更能發揮作用。在這種情況下,MOS管需要部分導通工作。SOA曲線定義了不同脈沖期間的電流和電壓限值。
注意剛剛提到的額定電流,這也是值得考慮的熱參數,因為始終導通的MOS管很容易發熱。另外,日漸升高的結溫也會導致RDS(ON)的增加。MOS管數據手冊規定了熱阻抗參數,其定義為MOS管封裝的半導體結散熱能力。RθJC的最簡單的定義是結到管殼的熱阻抗。細言之,在實際測量中其代表從器件結(對于一個垂直MOS管,即裸片的上表面附近)到封裝外表面的熱阻抗,在數據手冊中有描述。若采用PowerQFN封裝,管殼定義為這個大漏極片的中心。因此,RθJC 定義了裸片與封裝系統的熱效應。RθJA 定義了從裸片表面到周圍環境的熱阻抗,而且一般通過一個腳注來標明與PCB設計的關系,包括鍍銅的層數和厚度。
開關電源中的MOS管
現在讓我們考慮開關電源應用,以及這種應用如何需要從一個不同的角度來審視數據手冊。從定義上而言,這種應用需要MOS管定期導通和關斷。同時,有數十種拓撲可用于開關電源,這里考慮一個簡單的例子。DC-DC電源中常用的基本降壓轉換器依賴兩個MOS管來執行開關功能(圖2),這些開關交替在電感里存儲能量,然后把能量釋放給負載。目前,設計人員常常選擇數百kHz乃至1 MHz以上的頻率,因為頻率越高,磁性元件可以更小更輕。
開關電源上的MOS管選擇方法
圖2:用于開關電源應用的MOS管對。(DC-DC控制器)