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MOSFET数据表一般根据优先级显示单次电压测量时的输出电容。虽然这些参数值已足以与过去的产品进行比较,但要在当今的组件中使用这些值,就有些不合适了。因此目前需要性能更好的产品电容。 MOSFET的输出电容与电压相关;因此,单点测量并不能精确地表现组件的电容特性。透过使用曲线适配方法从该单点找出输出电容公式。公式1就是25V电压时的电容示例。 为了适应各种新组件架构的电容特性需求,可以使用更有效率的电容测量方法,而非建立不同的等式。有效电容值代表的是相同充电时间或充电能量(可高至给定电压)条件下的结果。这些值考虑到电容变化,而无需使用复杂的公式或像公式1所要求的积分。 图1:根据公式1计算的平面型MOSFET输出电容 图2:根据公式2计算的超接面输出电容 使用有效电容有 效电容可用于建模能量损耗以及设计谐振拓扑结构。针对硬切换拓扑结构进行能量损耗建模时,输出电容中储存的能量在每个切换周期发生耗损。随着切换频率增 加,切换损耗接近导电损耗,严重影响能效。输出电容与功率损耗之间的关系如公式2所示。这只是切换损耗的其中一个组成部分,但十分重要。当选择 MOSFET以及为MOSFET设计散热片时,还必须考虑到切换期间的其它功率耗散。 有几种不同的方法来测量MOSFET的有效输出电容。利用?定输出电压可为输出电容充电,提供与时间相关的有效值。第二种方法是以?定电流来为输出电容充电。第三种方法则可以对电容电压比曲线进行积分计算,产生与能量、时间相关的有效输出电容。 测 量时间相关型有效电容的第一种方法是图腾柱驱动器,如图3所示。该驱动器透过一颗100kΩ电阻对MOSFET充电至其额定电压,同时以示波器监测漏极电 压。测量了漏极电压上升至额定BVDSS之80%时的上升时间tr。该值与电阻值可一起用于经由公式5来计算有效电容。 图3:使用图腾柱配置的有效电容测试电路 为了测量与能量相关的有效输出电容,必须使用如图4电路之?定电流来为MOSFET充电。当继电器导通时开始进行测试。必须测量为MOSFET输出电容充电所需的时间,并运用在以下公式中:图4:以有效输出电容电流为基础的测试器 另一种可用于测量同时与时间、能量相关的电容测量方法,是透过MOSFET数据表中通常会提供的电容与电压比较曲线。此方法极有好处,因为它仅要求常备的电感电容电阻(LCR)仪表,而不必开发专用装置。但还需要建立与电压相关的电容函数以匹配测量的电容曲线。 一旦知悉电容与电压之比的函数,就可以使用公式10得出与时间相关的有效电容,其中C(V)则是与电压相关的电容函数。 使 用数据表上的单点输出电容测量值,可能是估计输出电容的一种极不精确的方法。不同数据表中选定的电压点各不相同,无法精确表征电容曲线的整体性。透过使用 与能量、时间相关的有效输出电容值,计算的精确度会更高。而即使有效电容值是估计值,对于大多数计算而言也已经足够精确了,如图5及图6所示。 在BVDss80%这个点的实际与估计的QOss及EOss值差不多。QOss值可以用于根据公式12计算功率损耗,其中Poc表示的是由存储在输出电容中的电荷导致的功率损耗。此方程式便于用户理解及运用,而且还刚好采用了与计算MOSFET驱动功率损耗最常用方式相同的形式。当然,仍然需要顾及切换期间的导电损耗,以此得出总切换功率损耗。 |
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