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140DRA84000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。
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。
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140DRA84000 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)
顯然,電源設計相當復雜,而且也沒有一個簡單的公式可用于MOS管的評估。但我們不妨考慮一些關鍵的參數,以及這些參數為什么至關重要。傳統上,許多電源設計人員都采用一個綜合品質因數(柵極電荷QG ×導通阻抗RDS(ON))來評估MOS管或對之進行等級劃分。
柵極電荷和導通阻抗之所以重要,是因為二者都對電源的效率有直接的影響。對效率有影響的損耗主要分為兩種形式--傳導損耗和開關損耗。