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  • MOS管耐壓特性,柵極電荷的影響解析
    • 發布時間:2023-02-17 18:21:09
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    MOS管耐壓特性,柵極電荷的影響解析
    功率比較小的單管變換器的主開關通常采用MOS管,其優點是電壓型控制,驅動功率低,低電壓器件中MOS管的導通壓降和開關速度是最佳的。
    MOS管的耐壓對導通電阻的影響:MOS管的耐壓水平由芯片的電阻率和厚度決定,而MOS管是多數載流子導電器件,芯片電阻率直接影響器件的導通電阻。
    MOS管 耐壓特性 柵極電荷
    通常MOS管的導通電阻隨耐壓的2.4~2.6次方增加。如1000V耐壓是30V耐壓的33.3倍,而同樣大的芯片的導通電阻將變成33.3^(2.4~2.6),大約為6400倍!如果還想保持導通電阻的基本不變就需要更大的管芯面積,這樣不僅增加了封裝尺寸,而且價格也將明顯上升。
    例如TO-220封裝的耐壓為400V的MOS管的導通電阻為0.55歐,而導通電阻相近的耐壓為500V的MOS管(導通電阻為0.4歐)則需要TO-247封裝。耐壓僅僅相差100V,封裝尺寸增加近1倍。
    同樣以TO-220封裝的MOS管為例,耐壓分別為200V、400V、500V、600V,導通電阻為0.18歐、0.55歐、0.8歐、1.2歐;25度時的額定電流為28A、18A、10A、8A、6.2A。由此可見耐壓對導通電阻的影響是很大的。
    開關變換器中MOS管的開關速度實際上是受驅動電路的驅動能力影響,很少會因驅動電路的驅動能力過剩而MOS管的速度或自身特性限制了開關速度。
    MOS管的電荷量是影響開關速度的最主要因素。例如100nC的柵極電荷用100mA的電流將其充滿或放盡,需要的時間為1us,而30nC的電荷則僅需要300ns的時間。
    或者是在相同的驅動時間,則驅動電流可以下降為30mA。實際上決定MOS管的開關速度的因素是柵-漏電荷(Qgd),也就是MOS管從導通轉換到關斷或從關斷轉換到導通過程中越過“放大區”所需要的電荷“米勒電荷”。
    可以看到即使同一型號,經過改進后柵極電荷可以減小。但是如果不是一代的MOS管,則柵極電荷較小的更明顯,以IRFP450和ST公司的STW14N50相比,結果是前者的柵極電荷75nC,而后者則為28nC,幾乎是1/3。
    MOS管 耐壓特性 柵極電荷
    這樣或者對驅動能力的要求隨之降低到1/3或開關速度快2倍。由此可見,在選擇主開關時,應盡可能選擇新品。
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