RS瑞森半導(dǎo)體高壓MOS在開(kāi)關(guān)電源中的應(yīng)用

開(kāi)關(guān)電源（Switch Mode Power Supply，簡(jiǎn)稱SMPS），又稱交換式電源、開(kāi)關(guān)變換器，是電源供應(yīng)器的一種高頻化電能轉(zhuǎn)換裝置，也是一種以半導(dǎo)體功率器件為開(kāi)關(guān)管，控制其關(guān)斷開(kāi)啟時(shí)間比率，來(lái)保證穩(wěn)定輸出直流電壓的電源。

開(kāi)關(guān)電源（Switch Mode Power Supply，簡(jiǎn)稱SMPS），又稱交換式電源、開(kāi)關(guān)變換器，是電源供應(yīng)器的一種高頻化電能轉(zhuǎn)換裝置，也是一種以半導(dǎo)體功率器件為開(kāi)關(guān)管，控制其關(guān)斷開(kāi)啟時(shí)間比率，來(lái)保證穩(wěn)定輸出直流電壓的電源。在目前電子產(chǎn)品的飛速增長(zhǎng)中，開(kāi)關(guān)電源憑借其70%~90%的電源效率，廣泛應(yīng)用于各種電器設(shè)備及電機(jī)等，得到了市場(chǎng)的一致好評(píng)。

一、開(kāi)關(guān)電源分類

開(kāi)關(guān)電源種類繁多，具體可按照以下分類：

按開(kāi)關(guān)管的個(gè)數(shù)及銜接辦法，可分為單端式、推挽式、半橋式和全橋式等；

按激勵(lì)辦法，可分為自激式和他激式；

按調(diào)制辦法，可分為脈寬調(diào)制(PWM)辦法和脈頻調(diào)制(PFM)；

按能量傳遞辦法又可分為正激式和反激式。

無(wú)論何種方式，基本原理都是使用MOS管作為開(kāi)關(guān)管控制，通過(guò)變壓器的電流頻率和占空比，來(lái)達(dá)到調(diào)制電壓目的。同時(shí)因?yàn)榇蟛糠珠_(kāi)關(guān)電源都會(huì)將市電轉(zhuǎn)換為所需電壓，故作為開(kāi)關(guān)管的MOS多為高壓MOS，其中以500V、600V、650V居多，甚至有些部分電路需要900V的開(kāi)關(guān)MOS管。下圖為常見(jiàn)的正激和反激式開(kāi)關(guān)電源電路。

二、開(kāi)關(guān)電源的MOS管選型注意事項(xiàng)

為使開(kāi)關(guān)電源穩(wěn)定高效的工作，需選用合適的MOS管作為開(kāi)關(guān)管，在開(kāi)關(guān)電源的MOS管選型中，主要注意以下幾點(diǎn)：

1.在電源電路的應(yīng)用中，VDSS(漏源電壓）是首先要考慮的參數(shù)。其應(yīng)用中MOS的最大漏源電壓峰值不應(yīng)大于器件規(guī)范中漏源擊穿電壓標(biāo)稱值的90%，否則在應(yīng)用中容易造成MOS的擊穿，如下圖所示反映在MOS管的datasheet中。

2.確定MOS管的額定電流，該額定電流應(yīng)是電路中負(fù)載在所有情況下能會(huì)產(chǎn)生的最大電流。因而所選的MOS管必須確保能承受這個(gè)額定電流。datasheet電流分為連續(xù)模式電流ID和脈沖尖峰電流IDM。在連續(xù)導(dǎo)通ID模式下，MOS管處于穩(wěn)態(tài)，此時(shí)電流連續(xù)通過(guò)器件。脈沖尖峰IDM是指有大量電涌(或尖峰電流)流過(guò)器件。另外注意，MOS管的電流跟溫度是負(fù)相關(guān)，隨著工作時(shí)溫度上升，MOS通過(guò)電流能力會(huì)降低，所以要根據(jù)實(shí)際應(yīng)用環(huán)境溫度去選擇合適的MOS額定電流。MOS管電流和溫度關(guān)系如下圖：

3.MOS管另一個(gè)重要參數(shù)是RDS(ON)，即MOS管在導(dǎo)通時(shí)存在的內(nèi)阻，它會(huì)導(dǎo)致使用過(guò)程中電能損耗，也稱之為導(dǎo)通損耗。MOS管RDS(ON)與施加的電壓VGS有關(guān)，在一定范圍內(nèi)VGS越高RDS(ON)就會(huì)越小，但當(dāng)VGS達(dá)到一定閥值時(shí)，VGS繼續(xù)升高并不會(huì)造成RDS(ON)太大變化，這稱之為MOS的完全開(kāi)啟。設(shè)計(jì)電路時(shí)，要注意控制電路的IC電壓與MOS的開(kāi)啟電壓是否匹配以及控制IC電壓能否使MOS管完全開(kāi)啟。如果未完全導(dǎo)通會(huì)使得RDS(ON)變大，導(dǎo)致?lián)p耗增加和管體溫度上升等問(wèn)題。另外，MOS管的RDS(ON)和溫度呈正相關(guān)，會(huì)隨著溫度上升RDS(ON)升高而使導(dǎo)通損耗變大。MOS管的RDS(ON)和溫度關(guān)系如下圖：

4.MOS管的開(kāi)關(guān)性能：影響開(kāi)關(guān)性能的參數(shù)有很多，但最重要的是柵極/漏極、柵極/源極及漏極/源極電容和反向恢復(fù)時(shí)間。在datasheet中，通常表現(xiàn)為Ciss(輸入電容)，Coss(輸出電容)：Crss(反向傳輸電容)和Trr。在MOS管工作時(shí)，每次開(kāi)關(guān)都要對(duì)它們充電，這些電容會(huì)在器件中產(chǎn)生開(kāi)關(guān)損耗，并且會(huì)導(dǎo)致MOS管的開(kāi)關(guān)速度被降低，器件效率也下降，但這并不意味著越低的電容越好，較低的電容量雖然會(huì)提高開(kāi)關(guān)速度，也容易導(dǎo)致電路中的尖峰電壓升高和EMI變大，所以在電路設(shè)計(jì)時(shí)，MOS的電容以及電荷的選擇往往都是各需求折中的結(jié)果；其次，Trr會(huì)直接影響開(kāi)關(guān)損耗，逆變器電路或者諧振電路對(duì)此項(xiàng)參數(shù)的要求更加嚴(yán)格。

所以說(shuō)電路設(shè)計(jì)是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)工程，需要電路設(shè)計(jì)工程師們對(duì)MOS管的特性、參數(shù)的匹配有著深刻的理解，在產(chǎn)品選型過(guò)程中，如果有任何技術(shù)問(wèn)題，歡迎隨時(shí)聯(lián)系我司多位資深FAE工程師。

三、瑞森半導(dǎo)體平面高壓MOS產(chǎn)品推薦

瑞森半導(dǎo)體高壓MOS采用新的平面工藝，著重提升MOS管的抗沖擊能力、降低導(dǎo)通內(nèi)阻RDS(ON)，并具有開(kāi)關(guān)速度快的優(yōu)點(diǎn)，為開(kāi)關(guān)電源開(kāi)發(fā)提供最佳選擇。

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瑞森半導(dǎo)體

REASUNOS，瑞森半導(dǎo)體是一家致力于功率半導(dǎo)體器件的研發(fā)、銷售、技術(shù)支持與服務(wù)為一體的國(guó)家高新技術(shù)企業(yè)，研發(fā)團(tuán)隊(duì)成員主要來(lái)自行業(yè)頂尖技術(shù)精英和知名院?！，F(xiàn)有產(chǎn)品線包括電源管理IC、硅基功率器件、硅基靜電保護(hù)器件以及碳化硅基功率器件（碳化硅二極管和碳化硅MOS）。經(jīng)過(guò)數(shù)年的技術(shù)積累和市場(chǎng)開(kāi)拓，瑞森半導(dǎo)體已經(jīng)成為全球開(kāi)關(guān)電源、綠色照明、電機(jī)驅(qū)動(dòng)、數(shù)碼家電、安防工程、光伏逆變、5G基站電源、新能源汽車充電樁等行業(yè)的長(zhǎng)期合作伙伴。

（來(lái)源：瑞森半導(dǎo)體）