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[經驗] 【微信精選】怎樣降低MOSFET損耗和提高EMI性能?

2019-9-25 07:00:00  130 MOSFET EMI
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MOSFET作為主要的開關功率器件之一,被大量應用于模塊電源。了解MOSFET的損耗組成并對其分析,有利于優化MOSFET損耗,提高模塊電源的功率;但是一味的減少MOSFET的損耗及其他方面的損耗,反而會引起更嚴重的EMI問題,導致整個系統不能穩定工作。所以需要在減少MOSFET的損耗的同時需要兼顧模塊電源的EMI性能。



MOSFET的損耗主要有以下部分組成:



MOSFET導通與關斷過程中都會產生損耗,在這兩個轉換過程中,漏極電壓與漏極電流、柵源電壓與電荷之間的關系如圖1和圖2所示,現以導通轉換過程為例進行分析:


t1-t2區間:柵極電壓達到Vth,漏極電流ID開始增加,到t2時刻達到最大值,但是漏源電壓保持截止時高電平不變,從圖1可以看出,此部分有VDS與ID有重疊,MOSFET功耗增大;


t3-t4區間:柵極電壓從平臺上升至最后的驅動電壓(模塊電源一般設定為12V),上升的柵壓使導通電阻進一步減少,MOSFET進入完全導通狀態;此時損耗轉化為導通損耗。




三、MOSFET的損耗優化方法及其利弊關系


從MOSFET的損耗分析可以看出,開關電源的驅動頻率越高,導通損耗、關斷損耗和驅動損耗會相應增大,但是高頻化可以使得模塊電源的變壓器磁芯更小,模塊的體積變得更小,所以可以通過開關頻率去優化開通損耗、關斷損耗和驅動損耗,但是高頻化卻會引起嚴重的EMI問題。
采用跳頻控制方法,在輕負載情況下,通過降低模塊電源的開關頻率來降低驅動損耗,從而進一步提高輕負載條件下的效率,使得系統在待機工作下,更節能,進一步提高蓄電池供電系統的工作時間,并且還能夠降低EMI的輻射問題;


2.通過降低、來減少MOSFET的損耗

從兩種不同的驅動電阻測試結果來看,雖然都能夠通過EN55022的輻射騷擾度的CLASS A等級,但是采用0歐姆的驅動電阻,在水平極化方向測試結果的余量是不足3dB的,該方案設計不能被通過。


在模塊電源的設計過程中,變壓器的漏感總是存在的,采用反激拓撲式結構,往往在MOSFET截止過程中,MOSFET的漏極往往存在著很大的電 壓尖峰,一般情況下,MOSFET的電壓設計余量是足夠承受的,為了提高整體的電源效率,一些電源廠家是沒有增加吸收電路
(吸收電路如圖3標注①RCD吸 收電路和②RC吸收電路)來吸收尖峰電壓的。但是,不注意這些吸收電路的設計往往也是導致EMI設計不合格的主要原因。以金升陽URF2405P- 6WR3的吸收電路(采用如圖3中的②RC吸收電路)為例:

  

MOSFET的功耗優化工作實際上是一個系統工程,部分優化方案甚至會影響EMI的特性變化。上述案例中,平衡了電源整體效率與EMI特性,從而進一步優化了電源參數。將電源參數進一步優化,更能兼容客戶系統,并發揮真正的電子 系統“心臟”作用,源源不斷的輸送能量。

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