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MOS管开关频率最高多少如何测算和MOS开关管的损耗计算

返回列表来源:壹芯微 发布日期 2020-09-12 浏览:-

MOS管开关频率最高多少如何测算和MOS开关管的损耗计算

MOS管开关电路

MOS管开关频率最高多少如何测算详解,先来看看MOS管开关电路。下为一张典型的N沟道增强型MOS管开关电路原理图:

D1作用:续流二极管

R1作用:1、限流电阻,减小瞬间电流值:MOS管属于压控型器件,两两引脚之间存在寄生电容(Cgs、Cgd、Cds):

规格书中一般会标注Ciss、Coss、Crss:

Ciss = Cgs + Cgd

Coss = Cds + Cgd

Crss = Cgd

如图Ciss=587pF,假设VGs=24V,dt=Tr(上升时间)=20ns,则MOS管在开关时的瞬间电流I = Ciss * dVgs / dt = 0.7A。当在栅极串接一个电阻(几Ω~上千Ω)时,会与Ciss形成RC充放电回路,从而减小瞬间电流值。

2、调节MOS管的通断速度,有利于控制EMI:同时,加上R1后,MOS管通断切换时间会变慢,有利于控制EMI;但是如果串接的电阻太大,会导致栅极达到导通电压的时间变长,也就是说MOS管处在半导通状态的时间太长,此时MOS管内阻较大,Rds->Rdson的时间比较长,Rds会消耗大量的功率,可能导致MOS管因发热而损坏。

3、抑制栅极振荡:

MOS管接入电路后,引入引线寄生电感,会与寄生电容形成LC振荡电路,对于方波这种开关波形信号来说包含很多频率成分:那么就可能在某个谐振频率相同或者相近时形成串联谐振电路,串接一个电阻后会减小振荡电路的Q值,从而使振荡快速衰减。

R2作用:

1、G极对地电阻(一般5KΩ~数十KΩ),通过下拉为MOS管提供一个固定偏置,避免当IC驱动口处于高阻态的情况下G极受到干扰信号使MOS管意外导通。

2、泄放电阻,通过这个电阻泄放掉G-S之间的少量静电(G-S之间的电阻很大很大,少量的静电就能通过G-S之间的等效电容产生很高的电压,此时由于RGS很大,感应电荷难以释放,以致于高压将MOS管很薄的绝缘层击穿,损坏MOS管)从而保护MOS管,如果没有这个电阻,MOS管容易受到外界干扰意外导通烧坏,此外在MOS管工作不断开通关断的时候对寄生电容进行适当的放电以保护MOS管。

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MOS管开关频率如何测算

MOS管在导通和截止的时候,一定不是在瞬间完成的。MOS管两端的电压有一个下降的过程,流过的电流有一个上升的过程,在这段时间内,MOS管的损失是电压和电流的乘积,叫做开关损失。通常开关损失比导通损失大得多,而且开关频率越快,损失也越大。

以IRF840的参数计算,假定门极电压10V,那么电容量为63nC/10V=6.3nF。与10千欧放电电阻时间常数为63us。但是,不是经过一个时间常数之后MOS管就关断了,而是门极电压下降到Vg(th)以下MOS管才会关断。这段时间与MOS管型号有关,与门极充电达到的电压有关(实际上门极电容并不是线性电容),不太准确的估计,可以把门极电容放电时间估计为63us的2倍,即0.12ms。MOS管门极充电电阻较小(首帖图中为3千欧),估计充电时间为0.06ms。那么充电放电时间一共是0.18ms。该MOS管在此电路中最大开关工作频率为5.5kHz。

MOS开关管的损耗计算

1、开通损耗

MOS管在开通过程中,电流,电压和功耗的波形近似如下

MOS管开关频率,MOS开关

Rds(on)为Mos管的导通电阻,会随着MOS管结温的变化而变化,一般MOS的Datasheet中都会给出一个温度变化曲线,可以参考改曲线取值。

Idrms为导通过程中的电流有效值、Ton为一个周期内的导通时间、F为开关频率

3、关断损耗

MOS管在关断过程中,电流,电压和功耗的波形近似如下:

MOS管开关频率,MOS开关

Idss为Mos管截止时在实际结温情况下的漏电流,可以参考器件手册取一个合适的值。Vds为截止时Mos管DS之间的电压、Toff为一个周期内的截止时间、f为开关频率。

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