PWM DC/DC轉(zhuǎn)換器MOSFET的主要特性和參數(shù)
發(fā)布時間:2008/10/8 0:00:00 訪問次數(shù):650
1)靜態(tài)特性及參數(shù)
。1)輸出特性:mosfet的輸出特性如圖所示,其特點是柵一源電壓ugs控制漏極電流id。
(2)漏極(額定)電流id:mosfet的電流容量(幅值)(如dgs=10v)。
(3)漏一源擊穿電壓buds是指該型號mosfet或該管最大瞬時電壓的耐壓,當(dāng)漏一源電壓uds超過buds時,漏一源極之間雪崩效應(yīng)電流激增9瞬間 局部過熱損壞。buds為正慍度系數(shù),結(jié)溫每升高10℃,buds約增大1%。
(4)開啟電壓ugs(th),又稱為閾值電壓,如3.2v、1.5v。柵一源電壓超過此值時,漏極電流由小到顯著增大;如圖1(a)中ugs=3.5v曲線已明顯 離開橫坐標(biāo)。
ugs(3.2v時,漏-源極之間基本截止,為了可靠截止,ugs加數(shù)伏負(fù)偏壓,如-5v。
。5)通態(tài)電阻rds(on),是指定柵壓ugs(如10v、4.5v)和漏極電流id的條件下,特性低阻區(qū)的直流電阻。通態(tài)電阻rds(on)與柵一源電壓的關(guān)系 如圖1(b)所示。曲線上斜直線段的斜率為電導(dǎo),驅(qū)動電壓ugs較大時電導(dǎo)較大,電阻rds(on)較小。高壓大電流mos-fet需要12~15 y的驅(qū)動電壓 。
如圖1 mosfet的輸出特性
①mosfe的通態(tài)壓降是變量(不是固定參數(shù)),可以用idrds(on)計算。
、趍osfet的rds(on)與漏一源擊穿電壓的7/6次方(即buds7/6)成正比(當(dāng)id一定時)。
、踡osfet的rds(on)與漏極額定電流id成反比(buds一定時)。
可見,不同規(guī)格mosfet的通態(tài)電阻rds(on)變化范圍很大,高壓小電流mosfet的rds(on)為1ω數(shù)量級,通態(tài)壓降高達數(shù)伏;低壓大電流mosfet 的rds(on)小到10mω數(shù)量級,電流為10a的通態(tài)壓降僅0.1v,所以可用mosfet協(xié)助二極管減小壓降,稱為同步整流器。
(6)跨導(dǎo)gfs(電壓控制電流的增益,單位為s,西[門子])。
可以用如圖1(a)兩條曲線之間距離代表的數(shù)據(jù),代入上式求出。
2)動態(tài)特性及參數(shù)
在表達器件開關(guān)特性時,“開通”是指從斷態(tài)變成通態(tài)的動態(tài)過程,“關(guān)斷”是指從通態(tài)變成斷態(tài)的動態(tài)過程。對應(yīng)上述過程所需的時間為 開通時間ton和關(guān)斷時間toff,簡稱開關(guān)時間。
。1)極間電容是影響開關(guān)時間的主要因素,如圖2(a)所示。含柵-源電容cgs、柵-漏電容cgd和漏-源電容cds,并有cgs》cds》cgd》(可以用做 近似分析條件)。
。2)開通過程如圖2(b)所示。
如圖2 mosfet的開關(guān)過程波形
、賢0~t1期間:驅(qū)動電壓從零上升,經(jīng)rg對如圖2(a)g端等效輸入電容ciss充電,ciss可按下式計算:
電壓按斜虛線上升(開路脈沖),ciss越小,則電壓上升得越快。
②t1~t2,期間:在t1瞬間,mosfet柵-源電壓達到開啟電壓ugs(th),漏極電流開始上升,由于電路的漏一源等效的輸出電容coss處于漏一源之間的高電壓,可以按下式計算:
coss=cds+cgd
對于mosfet容性放電,漏極電流id上升,漏-源電壓有所下降,經(jīng)反饋電容crss影響g驅(qū)動電壓上升速率(低于開路脈沖)
crss=cgd
、踭2~t3期間:在t2瞬間,漏極電流id已達到穩(wěn)態(tài)幅值,但coss的電壓尚大,電流還會過沖。
、躷3~t4期間:在t3瞬間,coss在漏極峰值電流放電下,電壓迅速下降,經(jīng)過反饋電容crss影響g驅(qū)動電壓略有回落,維持漏極電流所需的驅(qū) 動電壓值保持平衡。
、輙4之后,在t4瞬間,coss上的電荷放完,漏一源電壓近似為零不變,反饋消失。ugs升高到開路脈沖,進入穩(wěn)態(tài)導(dǎo)通期。
(3)關(guān)斷過程如圖2(c)所示。
①t0~t1期間:柵-源驅(qū)動電壓ugs下降,輸入電容ciss放電,但ugs仍大于當(dāng)時漏極電流id飽和導(dǎo)通所需的電壓,故id繼續(xù)飽和導(dǎo)通。
、趖1~t2期間:ugs小于漏極電流下飽和所需的驅(qū)動電壓,漏極電壓上升,對輸出電容crss(≈cds+cgd)充電,并經(jīng)過反饋電容crss(等于 cgd)反饋到柵極g,維持柵極電壓(高于開路脈沖),由于電路中有電感,電壓uds會過沖占
③t2~t3期間:ugs從最大值回落時,經(jīng)反饋電容crss(等于cgd)反饋到柵極g,使柵壓ugs下降,漏極電流id下降。
、躷3~t4期間:柵壓ugs下降到閾值電壓ugs(th),漏極電流id下降到零。
、輙4瞬間,ugs下降到零,進入穩(wěn)態(tài)關(guān)斷期。
。4)開關(guān)時間。開通時間ton:由開通延遲時間和上升時間組成。
1)靜態(tài)特性及參數(shù)
。1)輸出特性:mosfet的輸出特性如圖所示,其特點是柵一源電壓ugs控制漏極電流id。
(2)漏極(額定)電流id:mosfet的電流容量(幅值)(如dgs=10v)。
(3)漏一源擊穿電壓buds是指該型號mosfet或該管最大瞬時電壓的耐壓,當(dāng)漏一源電壓uds超過buds時,漏一源極之間雪崩效應(yīng)電流激增9瞬間 局部過熱損壞。buds為正慍度系數(shù),結(jié)溫每升高10℃,buds約增大1%。
。4)開啟電壓ugs(th),又稱為閾值電壓,如3.2v、1.5v。柵一源電壓超過此值時,漏極電流由小到顯著增大;如圖1(a)中ugs=3.5v曲線已明顯 離開橫坐標(biāo)。
ugs(3.2v時,漏-源極之間基本截止,為了可靠截止,ugs加數(shù)伏負(fù)偏壓,如-5v。
。5)通態(tài)電阻rds(on),是指定柵壓ugs(如10v、4.5v)和漏極電流id的條件下,特性低阻區(qū)的直流電阻。通態(tài)電阻rds(on)與柵一源電壓的關(guān)系 如圖1(b)所示。曲線上斜直線段的斜率為電導(dǎo),驅(qū)動電壓ugs較大時電導(dǎo)較大,電阻rds(on)較小。高壓大電流mos-fet需要12~15 y的驅(qū)動電壓 。
如圖1 mosfet的輸出特性
、賛osfe的通態(tài)壓降是變量(不是固定參數(shù)),可以用idrds(on)計算。
、趍osfet的rds(on)與漏一源擊穿電壓的7/6次方(即buds7/6)成正比(當(dāng)id一定時)。
、踡osfet的rds(on)與漏極額定電流id成反比(buds一定時)。
可見,不同規(guī)格mosfet的通態(tài)電阻rds(on)變化范圍很大,高壓小電流mosfet的rds(on)為1ω數(shù)量級,通態(tài)壓降高達數(shù)伏;低壓大電流mosfet 的rds(on)小到10mω數(shù)量級,電流為10a的通態(tài)壓降僅0.1v,所以可用mosfet協(xié)助二極管減小壓降,稱為同步整流器。
(6)跨導(dǎo)gfs(電壓控制電流的增益,單位為s,西[門子])。
可以用如圖1(a)兩條曲線之間距離代表的數(shù)據(jù),代入上式求出。
2)動態(tài)特性及參數(shù)
在表達器件開關(guān)特性時,“開通”是指從斷態(tài)變成通態(tài)的動態(tài)過程,“關(guān)斷”是指從通態(tài)變成斷態(tài)的動態(tài)過程。對應(yīng)上述過程所需的時間為 開通時間ton和關(guān)斷時間toff,簡稱開關(guān)時間。
。1)極間電容是影響開關(guān)時間的主要因素,如圖2(a)所示。含柵-源電容cgs、柵-漏電容cgd和漏-源電容cds,并有cgs》cds》cgd》(可以用做 近似分析條件)。
。2)開通過程如圖2(b)所示。
如圖2 mosfet的開關(guān)過程波形
①t0~t1期間:驅(qū)動電壓從零上升,經(jīng)rg對如圖2(a)g端等效輸入電容ciss充電,ciss可按下式計算:
電壓按斜虛線上升(開路脈沖),ciss越小,則電壓上升得越快。
、趖1~t2,期間:在t1瞬間,mosfet柵-源電壓達到開啟電壓ugs(th),漏極電流開始上升,由于電路的漏一源等效的輸出電容coss處于漏一源之間的高電壓,可以按下式計算:
coss=cds+cgd
對于mosfet容性放電,漏極電流id上升,漏-源電壓有所下降,經(jīng)反饋電容crss影響g驅(qū)動電壓上升速率(低于開路脈沖)
crss=cgd
、踭2~t3期間:在t2瞬間,漏極電流id已達到穩(wěn)態(tài)幅值,但coss的電壓尚大,電流還會過沖。
④t3~t4期間:在t3瞬間,coss在漏極峰值電流放電下,電壓迅速下降,經(jīng)過反饋電容crss影響g驅(qū)動電壓略有回落,維持漏極電流所需的驅(qū) 動電壓值保持平衡。
、輙4之后,在t4瞬間,coss上的電荷放完,漏一源電壓近似為零不變,反饋消失。ugs升高到開路脈沖,進入穩(wěn)態(tài)導(dǎo)通期。
。3)關(guān)斷過程如圖2(c)所示。
①t0~t1期間:柵-源驅(qū)動電壓ugs下降,輸入電容ciss放電,但ugs仍大于當(dāng)時漏極電流id飽和導(dǎo)通所需的電壓,故id繼續(xù)飽和導(dǎo)通。
②t1~t2期間:ugs小于漏極電流下飽和所需的驅(qū)動電壓,漏極電壓上升,對輸出電容crss(≈cds+cgd)充電,并經(jīng)過反饋電容crss(等于 cgd)反饋到柵極g,維持柵極電壓(高于開路脈沖),由于電路中有電感,電壓uds會過沖占
、踭2~t3期間:ugs從最大值回落時,經(jīng)反饋電容crss(等于cgd)反饋到柵極g,使柵壓ugs下降,漏極電流id下降。
④t3~t4期間:柵壓ugs下降到閾值電壓ugs(th),漏極電流id下降到零。
、輙4瞬間,ugs下降到零,進入穩(wěn)態(tài)關(guān)斷期。
(4)開關(guān)時間。開通時間ton:由開通延遲時間和上升時間組成。
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