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PWM DC/DC转换器MOSFET的主要特性和参数

发布时间:2008/10/8 0:00:00 访问次数:649

  1)静态特性及参数

  (1)输出特性:mosfet的输出特性如图所示,其特点是栅一源电压ugs控制漏极电流id。

  (2)漏极(额定)电流id:mosfet的电流容量(幅值)(如dgs=10v)。

  (3)漏一源击穿电压buds是指该型号mosfet或该管最大瞬时电压的耐压,当漏一源电压uds超过buds时,漏一源极之间雪崩效应电流激增9瞬间 局部过热损坏。buds为正愠度系数,结温每升高10℃,buds约增大1%。

  (4)开启电压ugs(th),又称为阈值电压,如3.2v、1.5v。栅一源电压超过此值时,漏极电流由小到显着增大;如图1(a)中ugs=3.5v曲线已明显 离开横坐标。

  ugs(3.2v时,漏-源极之间基本截止,为了可靠截止,ugs加数伏负偏压,如-5v。

  (5)通态电阻rds(on),是指定栅压ugs(如10v、4.5v)和漏极电流id的条件下,特性低阻区的直流电阻。通态电阻rds(on)与栅一源电压的关系 如图1(b)所示。曲线上斜直线段的斜率为电导,驱动电压ugs较大时电导较大,电阻rds(on)较小。高压大电流mos-fet需要12~15 y的驱动电压 。

  如图1 mosfet的输出特性

  ①mosfe的通态压降是变量(不是固定参数),可以用idrds(on)计算。

  ②mosfet的rds(on)与漏一源击穿电压的7/6次方(即buds7/6)成正比(当id一定时)。

  ③mosfet的rds(on)与漏极额定电流id成反比(buds一定时)。

  可见,不同规格mosfet的通态电阻rds(on)变化范围很大,高压小电流mosfet的rds(on)为1ω数量级,通态压降高达数伏;低压大电流mosfet 的rds(on)小到10mω数量级,电流为10a的通态压降仅0.1v,所以可用mosfet协助二极管减小压降,称为同步整流器。

  (6)跨导gfs(电压控制电流的增益,单位为s,西[门子])。

  可以用如图1(a)两条曲线之间距离代表的数据,代入上式求出。

  2)动态特性及参数

  在表达器件开关特性时,“开通”是指从断态变成通态的动态过程,“关断”是指从通态变成断态的动态过程。对应上述过程所需的时间为 开通时间ton和关断时间toff,简称开关时间。

  (1)极间电容是影响开关时间的主要因素,如图2(a)所示。含栅-源电容cgs、栅-漏电容cgd和漏-源电容cds,并有cgs》cds》cgd》(可以用做 近似分析条件)。

 (2)开通过程如图2(b)所示。

  如图2 mosfet的开关过程波形

  ①t0~t1期间:驱动电压从零上升,经rg对如图2(a)g端等效输入电容ciss充电,ciss可按下式计算:



  电压按斜虚线上升(开路脉冲),ciss越小,则电压上升得越快。

  ②t1~t2,期间:在t1瞬间,mosfet栅-源电压达到开启电压ugs(th),漏极电流开始上升,由于电路的漏一源等效的输出电容coss处于漏一源之间的高电压,可以按下式计算:

  coss=cds+cgd

  对于mosfet容性放电,漏极电流id上升,漏-源电压有所下降,经反馈电容crss影响g驱动电压上升速率(低于开路脉冲)

  crss=cgd

  ③t2~t3期间:在t2瞬间,漏极电流id已达到稳态幅值,但coss的电压尚大,电流还会过冲。

  ④t3~t4期间:在t3瞬间,coss在漏极峰值电流放电下,电压迅速下降,经过反馈电容crss影响g驱动电压略有回落,维持漏极电流所需的驱 动电压值保持平衡。

  ⑤t4之后,在t4瞬间,coss上的电荷放完,漏一源电压近似为零不变,反馈消失。ugs升高到开路脉冲,进入稳态导通期。

  (3)关断过程如图2(c)所示。

  ①t0~t1期间:栅-源驱动电压ugs下降,输入电容ciss放电,但ugs仍大于当时漏极电流id饱和导通所需的电压,故id继续饱和导通。

  ②t1~t2期间:ugs小于漏极电流下饱和所需的驱动电压,漏极电压上升,对输出电容crss(≈cds+cgd)充电,并经过反馈电容crss(等于 cgd)反馈到栅极g,维持栅极电压(高于开路脉冲),由于电路中有电感,电压uds会过冲占

  ③t2~t3期间:ugs从最大值回落时,经反馈电容crss(等于cgd)反馈到栅极g,使栅压ugs下降,漏极电流id下降。

  ④t3~t4期间:栅压ugs下降到阈值电压ugs(th),漏极电流id下降到零。

  ⑤t4瞬间,ugs下降到零,进入稳态关断期。

  (4)开关时间。开通时间ton:由开通延迟时间和上升时间组成。

  1)静态特性及参数

  (1)输出特性:mosfet的输出特性如图所示,其特点是栅一源电压ugs控制漏极电流id。

  (2)漏极(额定)电流id:mosfet的电流容量(幅值)(如dgs=10v)。

  (3)漏一源击穿电压buds是指该型号mosfet或该管最大瞬时电压的耐压,当漏一源电压uds超过buds时,漏一源极之间雪崩效应电流激增9瞬间 局部过热损坏。buds为正愠度系数,结温每升高10℃,buds约增大1%。

  (4)开启电压ugs(th),又称为阈值电压,如3.2v、1.5v。栅一源电压超过此值时,漏极电流由小到显着增大;如图1(a)中ugs=3.5v曲线已明显 离开横坐标。

  ugs(3.2v时,漏-源极之间基本截止,为了可靠截止,ugs加数伏负偏压,如-5v。

  (5)通态电阻rds(on),是指定栅压ugs(如10v、4.5v)和漏极电流id的条件下,特性低阻区的直流电阻。通态电阻rds(on)与栅一源电压的关系 如图1(b)所示。曲线上斜直线段的斜率为电导,驱动电压ugs较大时电导较大,电阻rds(on)较小。高压大电流mos-fet需要12~15 y的驱动电压 。

  如图1 mosfet的输出特性

  ①mosfe的通态压降是变量(不是固定参数),可以用idrds(on)计算。

  ②mosfet的rds(on)与漏一源击穿电压的7/6次方(即buds7/6)成正比(当id一定时)。

  ③mosfet的rds(on)与漏极额定电流id成反比(buds一定时)。

  可见,不同规格mosfet的通态电阻rds(on)变化范围很大,高压小电流mosfet的rds(on)为1ω数量级,通态压降高达数伏;低压大电流mosfet 的rds(on)小到10mω数量级,电流为10a的通态压降仅0.1v,所以可用mosfet协助二极管减小压降,称为同步整流器。

  (6)跨导gfs(电压控制电流的增益,单位为s,西[门子])。

  可以用如图1(a)两条曲线之间距离代表的数据,代入上式求出。

  2)动态特性及参数

  在表达器件开关特性时,“开通”是指从断态变成通态的动态过程,“关断”是指从通态变成断态的动态过程。对应上述过程所需的时间为 开通时间ton和关断时间toff,简称开关时间。

  (1)极间电容是影响开关时间的主要因素,如图2(a)所示。含栅-源电容cgs、栅-漏电容cgd和漏-源电容cds,并有cgs》cds》cgd》(可以用做 近似分析条件)。

 (2)开通过程如图2(b)所示。

  如图2 mosfet的开关过程波形

  ①t0~t1期间:驱动电压从零上升,经rg对如图2(a)g端等效输入电容ciss充电,ciss可按下式计算:



  电压按斜虚线上升(开路脉冲),ciss越小,则电压上升得越快。

  ②t1~t2,期间:在t1瞬间,mosfet栅-源电压达到开启电压ugs(th),漏极电流开始上升,由于电路的漏一源等效的输出电容coss处于漏一源之间的高电压,可以按下式计算:

  coss=cds+cgd

  对于mosfet容性放电,漏极电流id上升,漏-源电压有所下降,经反馈电容crss影响g驱动电压上升速率(低于开路脉冲)

  crss=cgd

  ③t2~t3期间:在t2瞬间,漏极电流id已达到稳态幅值,但coss的电压尚大,电流还会过冲。

  ④t3~t4期间:在t3瞬间,coss在漏极峰值电流放电下,电压迅速下降,经过反馈电容crss影响g驱动电压略有回落,维持漏极电流所需的驱 动电压值保持平衡。

  ⑤t4之后,在t4瞬间,coss上的电荷放完,漏一源电压近似为零不变,反馈消失。ugs升高到开路脉冲,进入稳态导通期。

  (3)关断过程如图2(c)所示。

  ①t0~t1期间:栅-源驱动电压ugs下降,输入电容ciss放电,但ugs仍大于当时漏极电流id饱和导通所需的电压,故id继续饱和导通。

  ②t1~t2期间:ugs小于漏极电流下饱和所需的驱动电压,漏极电压上升,对输出电容crss(≈cds+cgd)充电,并经过反馈电容crss(等于 cgd)反馈到栅极g,维持栅极电压(高于开路脉冲),由于电路中有电感,电压uds会过冲占

  ③t2~t3期间:ugs从最大值回落时,经反馈电容crss(等于cgd)反馈到栅极g,使栅压ugs下降,漏极电流id下降。

  ④t3~t4期间:栅压ugs下降到阈值电压ugs(th),漏极电流id下降到零。

  ⑤t4瞬间,ugs下降到零,进入稳态关断期。

  (4)开关时间。开通时间ton:由开通延迟时间和上升时间组成。

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