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反激拓扑中初级侧MOS管Vds波形分析

DC IN:整流滤波后市电直流输入 Drive:控制芯片的驱动信号,控制Q1进行ON/OFF CS:控制芯片对Q1电流的采样 AGND:初级侧的地 DC OUT:输出 GND:次级侧的地

(1)DCM与CCM判断模式的依据 DCM和CCM判断不仅仅是基于初级电流是否连续,而是基于初级和次级电流的合成。只要初次电流不同时为零,即CCM模式。第二,如果有初始和次级电流同时为零,则为DCM模式。如果介于两者之间,那就是BCM模式。 (2)两种模式在波形上的差异 A.变压器初级电流波形,DCM模式是三角波CCM梯形波是模式。 B.二次整流管整流管的电流波形,DCM模式是三角波CCM梯形波是模式。 C.MOS管的Vds波形,DCM在下一个周期开通之前,Vds会从Vin Vf该平台下降并产生阻尼冲击(Vf二次反射到原边的电压);CCM在下一个周期开通之前,Vds一直维持在Vin Vf的平台上。 因此,从波形上很容易看出反击电源在工作DCM还是CCM状态。

(1)DCM模式

A. 从上面MOS可以看到管道的波形,在MOS关断时,MOS尖峰电压远远超过Vin Vf, 这是因为变压器的初级漏感Lk,泄漏的能量不会通过磁芯耦合到次级。MOS漏感电流在关闭过程中不能突变,漏感电流的变化也会产生感应电势, 由于感应电势不能被二次耦合嵌入,因此电压会冲得很高。为了避免MOS管被这个尖峰电压击穿损坏,一般设计时会在初级侧加上一个RCD吸收缓冲电路,在电容器中储存泄漏能量(C)然后通过电阻(R)消耗掉。

B. 当变压器二次电流降至零时,磁芯的能量已完全释放。所以因为次级整流管电流 当降至零时,二极管会自动截止,次级相当于开路状态,输出电压不会发射到初级。 由于此时的MOS管上Vds电压高于输入电压Vin,因此,在电压差的作用下,MOS管的 结电容与初级点感谐振。谐振电流给MOS管道结电容放电。Vds电压开始下降, 经过四个谐振周期后,又开始上升。由于RCD存在嵌位电路等寄生电阻,这 阻尼振荡时,振幅会越来越小。 (2)CCM模式

在CCM模式下,MOS管关断的尖峰与DCM原理是一样的,只是少了后面的振荡。

4.反激开关管理的六种方法VDS电压尖峰波形

5.MOS介绍管道应用选型

MOS管应用介绍_mmm8410269的博客-CSDN博客_mos管关节瞬间尖峰大

1) MOS从类型上看:分为NMOS和PMOS; 2) 从功率水平来看:分为逻辑MOS和功率MOS。逻辑MOS的特点是VGS门级导通电压低2N以7002为例,初始导通电压为1V~3V,一般参与数字电路、驱动电路等小功率场合,一般封装也较小,常见的封装为SOT-23。 3) 增强型和耗尽型的区别:增强型,当栅极和衬底之间没有电压时,栅极下没有沟,也就是说,对于NMOS,阈值电压大于0;PMOS,小于0;耗尽型,当栅极与衬底之间没有电压时,栅极下有沟,即对于NMOS,阈值电压小于0;PMOS,大于0。在目前的应用中,所有大规模应用MOS均为增强型、耗尽型MOS管停留在理论上。

1) 驱动电路是MOS目前设计是一个非常重要的环节,目前市场上的驱动芯片也比较成熟,类型很多。 单个MOS管道驱动芯片的设计可以支持上桥臂或下桥臂代表芯片FAN73711。 半桥驱动芯片,可支持上下半桥驱动,代表芯片FAN7842。 三相桥臂驱动芯片可同时实现三个半桥驱动,一般用于直流无刷电机和交流电机的驱动电路,代表芯片FAN7388。 由于外围设备少,稳定性高,主流MOS选择集成芯片驱动管驱动方案。 在上述的基础上,针对用户不同的需求,还可以在驱动芯片中加入其他辅助功能,如:使能引脚(在MOS当主电路中出现大电流时,可利用该功能实现硬件短路保护)、内置固定死区时间、可调死区时间(通过引脚外部电阻或电容灵活调整死区时间)、内置自举二极管和逻辑诊断(当检测到上下桥臂同时有效时,判断为输入端错误,不执行输出动作)。 目前,国内半桥驱动芯片的价格已经非常便宜,更具代表性FD2103S,含税价格在0.3元左右,随着国内产品技术的日益成熟,国内驱动芯片的竞争力将逐年增强,进口驱动芯片的市场份额将不断侵蚀(价格是国内同类芯片的5倍以上)。 2) 分立元件驱动电路常用于低压小电流的应用。半桥电路由6个开关管和多个电阻电容器组成,成本较低。然而,随着国内驱动芯片的不断推广,分立元件驱动电路的市场空间越来越小。截图如下:

在设计功率电路时,MOS管道和滤波电容器的选择非常重要,直接关系到产品的稳定性和性价比。这里简单分享一下MOS管道选型中的一些注意事项:

:所有的MOS管规格书中会给出一个VDS设计时必须保证值MOS管道的泄漏电压小于参数(一般需要预留10%)~余量20%)。MOS管在高频开关的过程中,在关断瞬间会承受一定的电压尖峰,该电压尖峰的大小与PCB寄生电感、滤波电容器的大小和位置、MOS在设计中MOS管道驱动电路,Lay-out PCB时刻注意,尽量减少。有两个好处(减少)MOS管道电压应力小EMC辐射)。合理实现这一目标Lay-out布局非常关键,需要尽可能小的滤波电容和MOS寄生电感在管漏极之间。二是考虑增加MOS管道的关闭时间,这是一把双刃剑,它会使MOS管道开关损耗增加。

:MOS管道损耗分为开关损耗和导通损耗。 导通损耗易于理解和估计。当MOS门极电压大于10V,MOS此时,管道的沟道将完全导通MOS管道的导电阻Rds(on)也就是说,制造商在规格中申报的标称值约为实际值和MOS管道的批次有一定的关系,但更多的是与温度有关,因为MOS管结温升高,Rds(on)也随之上升,呈现负温特性,这是MOS管与身体的一个优点——可以多路并联使用。 顾名思义,开关损耗就是MOS管道开关损失的原理是MOS管道在开关过程中存在短时间MOS管的DS有大电压和大电流(类似于在放大区工作的三极管)。建议结合理论计算和设计测试波形进行这部分损失估算。在一些需要MOS在管道高频切换的应用中,将采用软开关技术,可以完全消除开关损耗,减少开关损耗EMC干扰,在LLC开关电源比较常见。

:通过热阻,MOS管的功耗P、环境温度Ta、MOS管表面温度Tj,可大致估计MOS管内结温Tj

在使用散热器的场合Rjc比较关键,通过估算单个MOS管的损耗,测量MOS管外表面的工作温度,来估算MOS管的内部结温Tj,具体计算公式:Tj=Tc + PRjc*。 当MOS管没有外部辅助散热措施时,利用Rja进行温度估算,具体公式为Tj=Ta + PRja*。 设计时必须保证MOS管在最高环境温度、最大负载条件下,Tj的温度小于规格书中标称的Tj(max),一般需要留有20℃的余量。在很多大功率的应用场合,由于外部散热器的尺寸不可能做的无限大,且散热能力也存在边际效应,此时挑选Rjc较小的MOS管就是一个比较理想的选择,ST、Infineon、NXP、ON的一些MOS管的Rjc可以做到0.8℃/W以下。

这个参数大家平时并不是很在意,但确实非常重要。MOS管在开通和关断时存在弥勒效应,在进行弥勒效应的过程中,MOS管的寄生电容Cgd进行充放电,如果此时Cgs过小或Cgd的充放电速度过快,就容易在MOS管的门极产生一个瞬时尖峰电压。尤其在MOS管上桥臂开通时,MOS管的下桥臂Cgd充电,由于Cgd与Cgs是串联关系,若下桥臂驱动电路不能很好的泄放Cgd的充电电流,则Ugs会被瞬间抬高,当Ugs大于MOS管的起始导通压降Ugs(th)时,下桥臂MOS管就会出现短暂打通。从而造成半桥上下桥臂MOS管直通,出现大电流,打坏MOS管。为了解决这一问题,需要从以下几个方面入手:1)增加MOS管驱动芯片Push-Pull电流的能力;2)降低MOS管开关速度;3)在MOS管的门极并联陶瓷电容(一般为4.7nF到10nF之间)。

1、 安装扭力:在将MOS管固定到散热器时,扭力不宜过大,具体标准需要与MOS管原厂确认,一般情况下不得大于6。如果扭力过大,安装过程中会对MOS管的晶圆造成损伤,从而造成不可逆的故障。 2、 多路MOS管并联:在多路MOS管并联的场合,需要注意使用同一批次的MOS管,因为同一批次的MOS管Ugs(th)参数比较接近,造成MOS管导通时刻不一致的概率更小,从而降低故障率。 3、 绝缘导热材料:MOS管的散热臂一般均为带电设计,所以在固定散热器时需要在MOS管散热臂与散热器之间增加绝缘材料,这类材料很多,一般有推荐厚度在0.3mm以上。因为在生产中如果绝缘导热材料的厚度太薄,在MOS管与散热器之间的绝缘特性就会变差,从而出现漏电流,这类漏电流在设计中是不允许出现的。检测的方法是将MOS管固定到散热器之后,在MOS管和散热器之间打耐压,测试漏电流。 ———————————————— 版权声明:本文为CSDN博主「mmm8410269」的原创文章,遵循CC 4.0 BY-SA版权协议,转载请附上原文出处链接及本声明。 原文链接:https://blog.csdn.net/mmm8410269/article/details/102381433 

 

 

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