在開關電源當中，開關管的關斷和開通時間影響著開關電源的工作效率，而MOS管的一些參數起著決定性的作用
，那麼MOS管的選擇又存在哪些技巧呢?

 

由於MOS管對電路的輸出有很好的益處，其在電源中經常被當作開關元件使用。服務器和通信設備等應用一般都配置有多個並行電源


，以支持N+1冗餘與持續工作(圖1)。各(ge)並(bing)行(xing)電(dian)源(yuan)平(ping)均(jun)分(fen)擔(dan)負(fu)載(zai)，確(que)保(bao)係(xi)統(tong)即(ji)使(shi)在(zai)一(yi)個(ge)電(dian)源(yuan)出(chu)現(xian)故(gu)障(zhang)的(de)情(qing)況(kuang)下(xia)仍(reng)然(ran)能(neng)夠(gou)繼(ji)續(xu)工(gong)作(zuo)。不(bu)過(guo)
，這(zhe)種(zhong)架(jia)構(gou)還(hai)需(xu)要(yao)一(yi)種(zhong)方(fang)法(fa)把(ba)並(bing)行(xing)電(dian)源(yuan)的(de)輸(shu)出(chu)連(lian)接(jie)在(zai)一(yi)起(qi)，並(bing)保(bao)證(zheng)某(mou)個(ge)電(dian)源(yuan)的(de)故(gu)障(zhang)不(bu)會(hui)影(ying)響(xiang)到(dao)其(qi)它(ta)的(de)電(dian)源(yuan)。在(zai)每(mei)個(ge)電(dian)源(yuan)的(de)輸(shu)出(chu)端(duan)，有(you)一(yi)個(ge)功(gong)率(lv)MOS管可以讓眾電源分擔負載，同時各電源又彼此隔離 。起這種作用的MOS管被稱為“Oring”FET，因為它們本質上是以 "OR" 邏輯來連接多個電源的輸出。

圖1：用於針對N+1冗餘拓撲的並行電源控製的MOS管

 

因為在服務器當中，電源是不斷工作著的，所以MOS管guan作zuo為wei開kai關guan器qi件jian，始shi終zhong是shi處chu於yu導dao通tong的de狀zhuang態tai。其qi開kai關guan功gong能neng隻zhi發fa揮hui在zai啟qi動dong和he關guan斷duan，以yi及ji電dian源yuan出chu現xian故gu障zhang之zhi時shi。相xiang比bi從cong事shi以yi開kai關guan為wei核he心xin應ying用yong的de設she計ji人ren員yuan，ORing FET應用設計人員顯然必需關注MOS管的不同特性。以服務器為例，在正常工作期間
，MOS管隻相當於一個導體。因此，ORing FET應用設計人員最關心的是最小傳導損耗。

 

一般而言，MOS管製造商采用RDS(ON) 參數來定義導通阻抗;對ORing FET應用來說，RDS(ON) 也是最重要的器件特性。數據手冊定義RDS(ON) 與柵極 (或驅動) 電壓 VGS 以及流經開關的電流有關，但對於充分的柵極驅動
，RDS(ON) 是一個相對靜態參數。

 

如想要設計出體積更小，成本更低的電源，就需要充分重視低導通阻抗。在電源設計中
，每個電源常常需要多個ORing MOS管並行工作，需要多個器件來把電流傳送給負載。在許多情況下，設計人員必須並聯MOS管
，以有效降低RDS(ON)。

 

需要注意的是
，當處於DC電路當中時，並聯電阻性負載的等效阻抗小於每個負載單獨的阻抗值。比如，兩個並聯的2Ω 電阻相當於一個1Ω的電阻 。因此，一般來說
，一個低RDS(ON) 值的MOS管，具備大額定電流，就可以讓設計人員把電源中所用MOS管的數目減至最少。

 

此外
，還有一些參數是在MOS管的選型時必須要重視的。許多情況下，設計人員應該密切關注數據手冊上的安全工作區(SOA)曲線
，該曲線同時描述了漏極電流和漏源電壓的關係。基本上，SOA定義了MOSFET能夠安全工作的電源電壓和電流。在ORing FET應用中，首要問題是：在“完全導通狀態”下FET的電流傳送能力。實際上無需SOA曲線也可以獲得漏極電流值。

 

當電路設計目標是為了實現熱插拔功能時
，SOA曲線更能發揮其本身的作用。在這種情況下，MOS管需要部分導通工作。SOA曲線定義了不同脈衝期間的電流和電壓限值。

 

順帶一提，剛才提到的額定電流也是一個需要思考的熱參數。因為始終導通的MOS管很容易發熱。另外，日漸升高的結溫也會導致RDS(ON)的增加。MOS管數據手冊規定了熱阻抗參數，其定義為MOS管封裝的半導體結散熱能力。RθJC的最簡單的定義是結到管殼的熱阻抗。細言之，在實際測量中其代表從器件結(對於一個垂直MOS管，即裸片的上表麵附近)到封裝外表麵的熱阻抗
，在數據手冊中有描述。若采用PowerQFN封裝，管殼定義為這個大漏極片的中心。因此，RθJC 定義了裸片與封裝係統的熱效應。RθJA 定義了從裸片表麵到周圍環境的熱阻抗，而且一般通過一個腳注來標明與PCB設計的關係，包括鍍銅的層數和厚度。

 

現在讓我們考慮開關電源應用
，以及這種應用為何需要從一個不同的角度來審視數據手冊。從定義上而言
，這種應用需要MOS管定期導通和關斷。同時，有數十種拓撲可用於開關電源，這裏考慮一個簡單的例子。DC-DC電源中常用的基本降壓轉換器，依賴兩個MOS管來執行開關功能(圖2)，這些開關交替在電感裏存儲能量，然後把能量釋放給負載。目前，設計人員常常選擇數百kHz乃至1 MHz以上的頻率，因為頻率越高，磁性元件可以更小更輕。

圖2：用於開關電源應用的MOS管對。(DC-DC控製器)

 

之所以會有這麼多文章來講開關電源當中的MOS管選擇，是因為開關電源的設計複雜，而卻沒有適用於MOS管guan選xuan擇ze的de計ji算suan公gong式shi。所suo以yi在zai此ci時shi，不bu妨fang考kao慮lv一yi些xie關guan鍵jian的de參can數shu
，以yi及ji這zhe些xie參can數shu為wei什shen麼me至zhi關guan重zhong要yao。傳chuan統tong上shang，許xu多duo電dian源yuan設she計ji人ren員yuan都dou采cai用yong一yi個ge綜zong合he品pin質zhi因yin數shu[柵極電荷QG ×導通阻抗RDS(ON)]來評估MOS管或對之進行等級劃分。

 

柵極電荷和導通阻抗之所以重要，是因為二者都對電源的效率有直接的影響。對效率有影響的損耗主要分為兩種形式--傳導損耗和開關損耗。

 

柵極電荷是產生開關損耗的主要原因。柵極電荷單位為納庫侖(nc)，是MOS管柵極充電放電所需的能量。柵極電荷和導通阻抗RDS(ON) 在半導體設計和製造工藝中相互關聯
，一般來說

，器件的柵極電荷值較低

，其導通阻抗參數就稍高。開關電源中第二重要的MOS管參數包括輸出電容、閾值電壓、柵極阻抗和雪崩能量。

 

某些特殊的拓撲也會改變不同MOS管參數的相關品質
，例如，可以把傳統的同步降壓轉換器與諧振轉換器做比較。諧振轉換器隻在VDS(漏源電壓)或ID (漏極電流)過零時才進行MOS管開關，從而可把開關損耗降至最低。這些技術被稱為軟開關
、零電壓開關(ZVS)或零電流開關(ZCS)技術。由於開關損耗被最小化，RDS(ON) 在這類拓撲中顯得更加重要。

 

低輸出電容(COSS)值對這兩類轉換器都大有好處。諧振轉換器中的諧振電路主要由變壓器的漏電感與COSS決定。此外，在兩個MOS管關斷的死區時間內，諧振電路必須讓COSS完全放電。

 

低輸出電容也有利於傳統的降壓轉換器(有時又稱為硬開關轉換器)
，buguoyuanyinbutong。yinweimeigeyingkaiguanzhouqicunchuzaishuchudianrongzhongdenenglianghuidiushi，fanzhizaixiezhenzhuanhuanqizhongnengliangfanfuxunhuan。yinci，dishuchudianrongduiyutongbujiangyatiaojieqidedibiankaiguanyouqizhongyao。

 

本篇文章對開關電源當中的MOS管guan參can數shu選xuan擇ze給gei出chu了le一yi些xie意yi見jian。特te別bie是shi對dui其qi中zhong一yi些xie重zhong要yao的de參can數shu進jin行xing了le著zhe重zhong的de講jiang解jie。通tong過guo參can數shu的de確que定ding
，我wo們men就jiu能neng更geng加jia快kuai速su準zhun確que的de為wei開kai關guan電dian源yuan選xuan擇ze合he適shi的deMOS管。