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功率场效管应用注意事项

功率场效管应用注意事项

点击数:7102 次   录入时间:03-04 11:38:04   整理:http://www.55dianzi.com   元器件的选用
1.功率MOSFET的导通电阻随额定电压的降低
  
  而大幅度降低在实际应用中,不要为了保证MOSFET不被过电压击穿而选择过高的额定电压,这样会导致导通电阻的激增,不利于电路获得良好的性能。例如,管芯尺寸接近的、耐压分别为100V、200V、400V、500V、600V的IRF540、IRF640、IRF740、IRF840、IRFBC40的导通电阻分别为80mΩ,、180mΩ、550mΩ、800mΩ、1200mΩ,。很显然,在流过相同电流的条件下所产生的损耗也是显而易见的。从提高电路性能的角度来讲,应该在电路的结构和减小寄生参数方面考虑,而不是迁就寄生参数。
  
  2.功率MOSFET反向是导电的
  
  为了简化MOSFET引出线,大多数的MOSFET选择三个引线方式,这就需要将其衬底与源极在芯片制造过程中像图1-13示意的那样连接在一起。
  
  一旦衬底与源极相连,衬底与漏极之间就只存在一个P-N结。这样,在外特性上就表现出二极管的特性。由于这个寄生的二极管与MOSFET是反向并联的,因此当在MOSFET上施加反向电压时,这个二极管将正向导通。
  
  不仅如此,当MOSFET被驱动导通时,无论正向还是反向,其导通特性都是一样的。考虑到MOSFET反向二极管的作用,MOSFET的反向特性就是二极管的正向特性与导通电阻的并联。一旦在导通电阻上的电压低于二极管的导通阈值电压,则二极管将不能正向导通,所有的电流将流过MQSFET的导通电阻。
  
  当MOSFET的栅一源极电压为零或为负时,MOSFET自身将是阻断的,但是不能控制其寄生的二极管是否导通。当在MOSFET的漏一源极施加反向电压时,MOSFET将反向导通。
  
  3.需要合适的驱动电压
  
  MOSFET正常工作时需要合适的驱动电压。例如,标准电平的MOSFET-般需要8—15V的驱动电压,过高则出现栅极过电压的机会增多,甚至有可能会出现栅一源极过电压击穿的不可逆的损坏现象,而且驱动电路的损耗也会增加。
  
  过低的驱动电压则会导致MOSFET在开关状态下不能完全导通。当然也不否认,过低的驱动电压有时也会带来“意想不到”的“好处”。例如,2001年的电子设计竞赛中,针对高效率音频功率放大器的试题,有的学校为了简化驱动电路而采用互补MOSFET全桥的主电路和SV电压驱动的解决方案。由于驱动电压过低,不足以引起桥臂的两个MOSFET共同导通,因此也不必设置死区时间的问题,这样就大大简化了驱动电路。由于是在室温条件下,MOSFET的栅一源极导通阈值电压为3.2~3.5V,所以只要MOSFET流过的电流远低于额定电流,MOSFET还是可以正常工作的。在工程技术中,这是一种非正常应用方式,而对于电子设计竞赛而言,能满足竞赛试题的指标就是成功。此即电子设计竞赛与工程实际应用的区别之一。
  
  4.需要合适的驱动速度
  
  MOSFET的驱动速度也是需要注意的,过慢的驱动通常会获得比较低的电磁干扰和尖峰电压,但是开关损耗会大大增加。相反,过快的驱动可以获得比较高的效率,但是会产生比较高的尖峰电压和电磁干扰,会引起由于驱动过快而导致的MOSFET的损坏。
  
  在电子设计竞赛中一般不会出现驱动过快的问题,即使在工程实际应用中,大多数驱动电路也不会出现驱动过快的问题。
  
  相反,为了获得比较低的尖峰电压,在早期的开关电源设计中往往采用加大栅极串联电阻和在栅一源极之间并接电容器的方式降低驱动速度,以减小尖峰电压。由于栅极串联电阻过大,而且栅一源极之间并接的电阻使得MOSFET的开关速度大大降低,所以尽管获得了低尖峰电压,但是丧失了MOSFET开关速度快的优点。这在现在的工程技术中是不允许的。
  
  降低开关电源输出电压尖峰的关键应该是选择性能优良的器件、合适的电路结构和控制方式,而不能采用消极的方法。


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