MOS管知識|MOS管功率損耗如何測試？-KIA MOS管
信息來源：本站 日期：2020-11-20
功率放大電路是一種以輸出較大功率為目的的放大電路。因此，要求同時輸出較大的電壓和電流。管子工作在接近極限狀態。一般直接驅動負載，帶載能力要強。功率MOSFET是較常使用的一類功率器件。
“MOSFET”是英文MetalOxideSemicoductorFieldEffectTransistor的縮寫，譯成中文是“金屬氧化物半導體場效應管”。
它是由金屬、氧化物（SiO2或SiN）及半導體三種材料制成的器件。所謂功率MOSFET（PowerMOSFET）是指它能輸出較大的工作電流（幾安到幾十安），用于功率輸出級的器件。
功率MOSFET可分為增強型和耗盡型，按溝道分又可分為N溝道型和P溝道型。
做開關電源，常用功率MOSFET。一般而言，MOS管制造商采用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，但對于充分的柵極驅動，RDS（ON）是一個相對靜態參數。
若設計人員試圖開發尺寸最小、成本最低的電源，低導通阻抗更是加倍的重要。在電源設計中，每個電源常常需要多個ORing MOS管并行工作，需要多個器件來把電流傳送給負載。
在許多情況下，設計人員必須并聯MOS管，以有效降低RDS（ON）。在DC電路中，并聯電阻性負載的等效阻抗小于每個負載單獨的阻抗值。比如，兩個并聯的2Ω電阻相當于一個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。
除了RDS（ON）之外，在MOS管的選擇過程中還有幾個MOS管參數也對電源設計人員非常重要。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系。
基本上，SOA定義了MOSFET能夠安全工作的電源電壓和電流。在ORingFET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。
MOSFET在關斷瞬間，會承受到最大的電壓沖擊，這個最大電壓跟負載有很大關系：如果是阻性負載，那就是來自VCC端的電壓，但還需要考慮電源本身的質量，如果電源質量不佳，需要在前級加些必要的保護措施;
如果是感性負載，那承受的電壓會大不少，因為電感在關斷瞬間會產生感生電動勢（電磁感應定律），其方向與VCC方向相同（楞次定律），承受的最大電壓為VCC與感生電動勢之和;如果是變壓器負載的話，在感性負載基礎上還需要再加上漏感引起的感應電動勢。
對于以上幾種負載情況，在計算出（或測出）最大電壓后，再留有20%~30%的裕量，就可以確定所需要的MOSFET的額定電壓VDS值。
在這里需要說的是，為了更好的成本和更穩定的性能，可以選擇在感性負載上并聯續流二極管與電感在關斷時構成續流回路，釋放掉感生能量來保護MOSFET，如果必要，還可以再加上RC緩沖電路（Snubber）來抑制電壓尖峰。（注意二極管方向不要接反。當然，也可以直接選擇VDS足夠大的MOSFET。）
額定電壓確定后，電流就可以計算出來了。但這里需要考慮兩個參數：一個是連續工作電流值和脈沖電流尖峰值（Spike和Surge），這兩個參數決定你應該選多大的額定電流值。
MOSFET/IGBT的開關損耗測試是電源調試中非常關鍵的環節，但很多工程師對開關損耗的測量還停留在人工計算的感性認知上，PFC MOSFET的開關損耗更是只能依據口口相傳的經驗反復摸索，那么該如何量化評估呢？
1.MOS管功率損耗的原理圖和實測圖
一般來說，開關管工作的功率損耗原理圖如圖 1所示，主要的能量損耗體現在“導通過程”和“關閉過程”，小部分能量體現在“導通狀態”，而關閉狀態的損耗很小幾乎為0，可以忽略不計。
MOSFET和PFC MOSFET的測試區別
對于普通MOS管來說，不同周期的電壓和電流波形幾乎完全相同，因此整體功率損耗只需要任意測量一個周期即可。
但對于PFC MOS管來說，不同周期的電壓和電流波形都不相同，因此功率損耗的準確評估依賴較長時間（一般大于10ms），較高采樣率（推薦1G采樣率）的波形捕獲，此時需要的存儲深度推薦在10M以上，并且要求所有原始數據（不能抽樣）都要參與功率損耗計算，實測截圖如圖3所示。
開關損耗測試對于器件評估非常關鍵，通過示波器的電源分析軟件，可以對器件的功率損耗進行評估。
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