为了满足节能和降低系统功率损耗的需求,需要更高的能源转换效率,这些与时俱进的设计规范要求,对于电源转换器设计者会是日益严厉的挑战。为应对前述之规范需求,除使用各种新的转换器拓扑(topology)与电源转换技术来提高电源转换效率之外,新式功率器件在高效能转换器中所扮演的重要角色,亦不容忽视。其中,Power MOSFET 目前已广泛应用于各种电源转换器中。本文将简述Power MOSFET 的特性、参数与应用,除针对目前低电压 Power MOSFET 的发展趋势做简单介绍外,还将简单比较新一代 Power MOSFET 的性能。
Power MOSFET 的参数与应用
电源设计工程师在选用 Power MOSFET 设计电源时,大多直接以 PowerMOSFET 的最大耐压、最大导通电流能力及导通电阻等三项参数做出初步决定。但实际上,在不同的应用电路中,Power MOSFET 的选用,有更细腻的考虑因素,以下将简单介绍 Power MOSFET 的参数在应用上更值得注意的几项重点。
1 功率损耗及安全工作区域(Safe Operating Area, SOA)
对 Power MOSFET 而言,其最大功率损耗是由温度及结-包装外壳间之热阻所决定的,即:
由上式可知,若能够有效减少热阻,则 Power MOSFET 所能承受之的最大功率损耗就可以获得提升。图 1 为 Power MOSFET 的最大功率损耗与温度关系图。由图可知,若能有效减少热阻,就能使 Power MOSFET 之最大功率损耗及
最大工作电流获得提升。
图 1 Power MOSFET 最大功率损耗对温度关系图
图 2 为 Power MOSFET 之安全工作区示意图,其安全区主要由四个条件所决定:导通电阻 RDSON、最大脉波电流 IDpulse、最大功率损耗 PD 及最大耐压 VBR。