常用的开关电源及使用注意事项

发布时间：2022-08-22 09:22
作者：Ameya360
来源：网络
阅读量：2640

    开关电源是电源模块中的一种。他也是很常见的一种电源，之所以添加了开关二字，是因为它内部结构有开关特性的肖特基二极管，这种二极管具备很高的开关频率，能够在短时期内迅速的开关断上千次。而每一次都能够为电源、电流的输出做出供应，这种电源在一般的集成电路中扮演着重要的角色。下面Ameya360电子元器件采购网主要对常用的开关电源及使用注意事项简要分析。

常用的开关电源及使用注意事项

    开关电源又称LED开关电源，常用的主要有：

    1.单组输出开关电源(输出一组电压，也是常用到的一种开关电源功率一般在15W-400W)

    2.二组输出开关电源(可同时输出两组不同电压)

    3.三组输出开关电源(可同时输出三组不同电压)

    4.四组输出开关电源(可同时输出四组不同电压，这种电源相对用的不多)

    5.小体积开关电源(外壳体积比普通S系列开关电源要小，参数、性能都差不多)

    6.大功率开关电源(功率相对比较大，一般在500W以上，主要用于工控行业)

    7.防雨开关电源(功能和单组输出开关电源相同，外壳不同，外壳上的小孔为倾斜式，雨水淋不进去，可在户外使用)

    8.防水开关电源(外形为长条形状，外壳为全封闭，可防水、防雨，由于是全封闭外壳，所以散热效果相对不是太好)

    9.导轨式开关电源(主要特点就是安装方式不同，外壳材料为塑壳，安装在轨道上使用)

    按输出电压分，常用的主要有：5V、12V、24V，其次还有9V、15V、36V、48V等等。

    使用开关电源的注意事项：

    1、使用电源前，先确定输入输出电压规格与所用电源的标称值是否相符。

    2、通电之前，检查输入输出的引线是否连接正确，以免损坏用户设备。

    3、为保证使用的安全性和减少干扰，请确保接地端可靠接地。

    4、请注意：电源频繁开关将会影响其寿命。

    5、工作环境及带载程度也会影响其寿命。

    6、检查安装是否牢固，安装螺丝与电源板器件有无接触，测量外壳与输入、输出的绝缘电阻，以免触电。

    7、多路输出的电源一般分主、辅输出，主输出特性优于辅输出，，一般情况下输出电流大的为主输出。为保证输出负载调整率和输出动态等指标，一般要求每路至少带10%的负载。若用辅路不用主路，主路一定加适当的假负载。具体参见相应型号的规格书。

    以上便是Ameya360电子元器件采购网关于常用的开关电源及使用注意事项就为大家分享到这里，总体来说，开关电源需注意很多地方，只有上述事项都考虑到，才能避免无法正常使用的情况出现。开关电源产品广泛应用于工业自动化控制、军工设备、科研设备、LED照明、工控设备、通讯设备、电力设备、仪器仪表、医疗设备、半导体制冷制热、空气净化器，电子冰箱，液晶显示器，LED灯具，通讯设备，视听产品，安防监控，LED灯袋，电脑机箱，数码产品和仪器类等领域。

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　　开关电源(Switch Mode Power Supply，简称SMPS)，又称开关电源、开关变换器，是一种高频功率变换装置，是电源的一种。其功能是通过不同形式的架构，将某一电平的电压转换为用户所需的电压或电流。普通电源的作用是将输入的交流市电( AC110V /220V) 通过隔离开关降压电路转换成硬件所需的几种低压 直流电源：3.3V、5V、12V、-12V，并提供具有 5V 待机 (5VSB) 关闭功能的计算机 处于待机状态。因此，该电源同时配备了高压和大功率元件。　　电源转换过程为 交流 输入→ EMI 滤波电路→整流电路→功率因数校正电路(有源或无源PFC)→功率级初级侧(高压侧)开关电路转换成脉冲电流→主变压器→功率级次级侧(低压侧)整流电路→电压调整电路(如磁放大电路或DC-DC 转换电路)→滤波器(平滑输出纹波，由电感和电容组成)电路→监控输出的电源管理电路。　　下面介绍交流输入端EMI滤波电路的常用元件 。　　交流输入插座此处首次检查外部交流电源输入。首先，在交流输入端 加装 二阶 EMI ，以阻挡来自电源线的干扰，防止电源工作时产生的开关噪声通过电源线传播并干扰其他用电设备。(EMI) (电磁干扰) (EMI) (电磁干扰) ( 滤波器(滤波器)的低通滤波目的是将交流电中包含的高频噪声旁路或引导至地线，只允许波形大约60Hz才能通过。　　上图中间是一个集成 EMI 滤波器电源插座，滤波器电路完全包含在一个铁盒内，可以更有效地防止噪声泄漏。由于没有金属外壳，深埋式内置EMI滤波器的电源 会泄漏一些噪声，因此左侧插座上仅添加Cx和Cy电容(稍后介绍)。EMI 滤波器电路经常在主电路板上实现。如果 主电路板上的EMI电路区域是空的， 则该区域的元件已被移除。由于目前12cm风扇的电源内部面积不足以容纳集成 EMI 滤波器，因此大部分采用照片左右两侧的方案。　　X电容(Cx，又称跨线滤波电容)该EMI滤波器电路的目标 是通过在火线 (L) 和中性线 (N) 之间桥接电容器来降低电源线的低正常噪声。　　外观呈方形，如图所示，上面写有字母X或X2。　　Y电容(Cy，又称线路旁路电容)为了最大限度地降低高常模和共模噪声，Y 电容器连接在浮动地 (FG) 和火线 (L)/零线 (N) 之间。　　电脑 电源中的FG点 与图中的金属外壳、地线(E)、输出端0V/GND相连，所以当地线不接时，会通过两个串联连接——连接的电线。当人体接触Cy电容时，它会分压输入电源一半的电位差(Vin/2)，可能会感应出电感。　　共模扼流线圈(交联电感)　　为了消除电源线的低通共模和射频噪声，共模扼流线圈与滤波器电路中的火线(L)和零线(N)串联。一些电源的输入线采用环绕磁芯的设计，可以将其视为基本的共模扼流圈。它有环形和方形的形状，类似于变压器，并且可以看到一些裸露的线圈。　　L/N线和地线E之间的噪声被称为共态噪声，而L和N线之间的噪声被称为常态噪声。EMI滤波器的根本目的 是消除和阻挡这两类噪声。EMI滤波电路之后是瞬态保护电路和整流电路 ，常用元件 如下。　　保险丝当流过保险丝的电流超过额定限值时，保险丝将熔断，保护与后端电路的连接。电源中使用的保险丝通常是快断型，但最好是防爆型。该保险丝与标准保险丝的主要区别在于，外管是米色陶瓷管，内含防火材料，可防止熔断时产生火花。　　照片顶部的固定式(两端直接套上线座并焊接到电路板上)和图片中间的可拆卸式都是安装在电路板上的(用金属夹固定)。热熔断器是下面的方形 元件 。此保险丝连接在功率 元件的大功率水泥电阻或散热器上。主要用于防超温，防止 因过热而导致元件 损坏或故障。该保险丝还可与电流保险丝配合使用，提供针对电流和温度的双重保护。　　负温度系数电阻(NTC)电源接通时，电源高压端的电解电容处于无电状态。充电过程中会出现过大的电流浪涌和线路压降，可能导致桥式整流器和其他组件超过其额定电流并烧毁。当 NTC 与L或N线串联时，其内阻可以在充电时限制电流，而负温度系数意味着其阻值随着温度升高而减小，因此当电流流过本体时，电阻减小。为了减少不必要的功耗，电阻值会随着温度升高而逐渐减小。　　大部分成分是黑色和深绿色的球状饼状成分。然而，当电源在预热状态下启动时，其保护作用被忽略，即使阻抗可以随温度降低，仍然消耗少量的功率。因此，当今大多数高效电源都采用了更复杂的瞬时保护电路。　　金氧压敏电阻(MOV)　　在保险丝的背面，压敏电阻连接在火线和地线之间。当两端电压差小于其额定电压值时，本体呈现高阻抗;当电压差超过其额定电压值时，本体电阻迅速下降。估计LN和前端保险丝之间存在短路，由于短路产生的电流，前端保险丝将熔断以保护后端电路。当主体承受过大的电力时，它偶尔会自毁，以提醒用户设备出现问题。　　它常见于电源的 交流 输入端。当输入交流过压时，保险丝能及时熔断 ，防止内部器件损坏。其颜色和外观与Cy电容非常相似，但元件上的文字和型号可以区分。　　桥式整流器内部桥式整流器中有四个二极管交替连接。它的工作是对输入交流电进行全波整流， 供后端的开关电路使用。　　其外观和尺寸将根据组件的额定电压和电流而变化。有些电源会将其安装在散热器上，以帮助散热并确保长期稳定性。整流后进入功率级原边开关电路。本节的元件定义了电源各通道的最大输出能力，是一个关键元件。　　开关晶体管它根据控制信号导通和关断，决定电流是否流过，作为开关电路中的非接触式快速电子开关，在有源功率因数校正电路和功率级原边电路中起着至关重要的作用。　　电源中的传统N MOSFET(N型金属氧化物半导体 场效应晶体管)如图上半部分所示，而NPN BJT如图下半部分所示(NPN型双结晶体管)。根据开关元件的电路组成，可以产生不同的功率级拓扑，例如双晶正激型、半桥型、全桥型、推挽型等。开关也用于要求高效率的电源。同步整流电路和DC-DC 降压电路均采用晶振。　　变压器由于采用变压器分离高低压，利用磁能进行能量交换，故称为隔离开关降压电源。不仅可以避免高低压电路发生故障时的漏电危险，还可以轻松产生多种电压输出。由于工作频率高，变压器的体积比标准 交流变压器小。　　由于变压器是电力传输通路之一，目前的大输出电源均采用多变压器设计，以防止单个变压器饱和而限制功率输出。辅助电源电路和用于信号传输的脉冲变压器显示在镜头的顶部，而主电源变压器和环形次级侧调节变压器显示在底部。　　采用变压器作为隔离边界时，副边的输出电压远低于原边，但仍需经过整流、调整、滤波、平滑等电路后才变为原边。计算机部件所需的各种电压的直流电压 。　　二极管根据各部分的电路要求和输出大小，电源内部采用不同的类型和规格。除传统的硅二极管外，还有 肖特基势 垒二极管(SBD)、快恢复二极管(FRD)和齐纳二极管(ZD)。等等。　　插图描述了最常见的二极管封装。SBD用于功率级的次级侧，对变压器输出进行整流，ZD用作电压基准。FRD主要用于有源功率因数校正和功率级的初级侧电路;SBD用于功率级的次级侧，对变压器输出进行整流，ZD用作电压基准。　　电感器根据磁芯的结构、电感值以及在电路上的安装位置，电感器可用作交流电路中的储能元件、磁放大器电路中的电压调节元件以及次级侧整流后的输出滤波。　　图中的电感器有环形和圆柱形状，漆包线的匝数和厚度根据电感值和载流能力而变化。　　电解电容电容器与电感器一样，可用作能量存储器件和纹波平滑器。电源原边电路采用高压电解电容，承受整流后的高压 直流;次级电路采用大量耐高温、长寿命、低阻抗电解电容，减少输出下电解电容持续充放电带来的损耗。　　照片下部的高压电解电容用于初级侧，下部电压较低的部分用于次级侧和外围控制电路。由于电容器中化学物质(电解质)的关系，工作温度对电解电容器的寿命有显著影响。这样一来，所采用的品牌和系列的电解电容就能长期使用，同时还能保持电源良好的散热性能。决定电源的稳定性、可靠性以及使用寿命。　　电阻器为了避免触电，使用电阻来限制流过电路的电流，并在电源关闭后释放电容器中存储的电荷。　　左侧的大功率水泥电阻器可以承受显着的电涌，而右侧的普通电阻器有一个颜色代码来指示其电阻值和不准确度。如果没有控制电路，由上述部件组成的电路将无法执行其工作，并且必须随时监视和调节每个输出。为了保护计算机 部件的安全 ，如果出现任何异常情况，应立即关闭输出。　　各控制IC例如PFC电路、功率级原边 PWM 电路、PFC/PWM集成控制、辅助电源电路集成器件、电源监控管理IC等，都是根据其安装位置和在电源中的应用等来分类的。　　对于PFC电路来说，电源可以通过采用有源功率因数校正电路调节来维持指定的功率因数并限制高次谐波的发展。功率级原边 PWM 电路：作为功率级原边开关晶体驱动器，具有 PWM (脉宽调制)信号生成和功率输出状态占空比管理(Duty Cycle)。常见的PWM 控制IC有UC3842/3843系列等。集成PFC/PWM控制：通过将两个控制器组合在一个IC中，可以简化电路，减少元件数量，缩小体积，降低故障率。例如CM680X系列是一款PFC/PWM集成控制IC。　　辅助电源电路集成组件：辅助电源电路在电源切断后必须继续输出，因此必须是一个独立的系统。由于输出瓦数不需要太高，所以采用业界低功耗集成器件，如PI的TOPSwitch系列作为核心。　　电源管理和监控 每个输出的 UVP(低电压保护)、OVP(过压保护)、OCP(过流保护)、SCP(短路保护)和 OTP(过温保护)由我知道了。设定值后关闭并锁定控制电路，停止电源输出，待故障排除后恢复输出。　　除了上述元件外，制造商还可以根据需要添加其他IC，例如风扇控制IC。　　光耦光耦合器主要用于高压和低压电路之间的信号传输，它们保持电路隔离，以防止发生故障时两个电路之间出现异常电流，从而损坏低压组件。其想法是利用发光二极管和光电晶体管通过光发送信号，并且由于它们之间没有电路连接，因此两端的电路可以保持隔离。
2024-08-26 13:51 阅读量：433
开关电源电路中为什么需要串联小电阻，有什么用？
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开关电源电路中为什么需要串联小电阻，有什么用？

　　开关电源电路中为何需要串联小电阻，起什么作用，在电源中会见到阻值特别小的电阻，通常是0.5-2.2欧姆，它们分别在不同的位置，起到不同的作用。　　在电源输入端会串联一颗2.2欧左右的电阻，这样可以限制电容充电电流，还可以起到保险的作用，就是用电阻代替保险管了，节省了一个元件，有短路时，电阻不能通过大电流，就会烧断，不会造成起火。还用用PCB上的铜箔做的很细，代替保险管的，当有大电流时，铜箔很细，不同通过大电流，铜箔就会烧断，保护后级不会扩大故障，这种在小功率的电源中特别常见。　　开关电源中还有一个电阻非常小，串联在MOS管的S极R89，这里串的电阻是检流电阻，就是检测变压器初级流过的电流，电源芯片没有检测电流的能力，只能检测电压，就要把流过变压器的初级绕组的电流通过串流的电阻产生电压，把这个电压信号输入到电源芯片中，控制开关电源的过流保护和短路保护。　　这里为什么要串联很小的电阻呢，因为串联的电阻大，功率就要大，浪费不必要的电能，影响效率，根据电源芯片的输入保护电压是一定的，电阻越大，电源的过流保护点容易保护，这个电阻是根据电源的功率来设计的，功率越大，电阻越小，所以常见的电阻比较小。　　在电磁炉路中也有一个2.2欧3W的电阻，也是起到保险的作用，都是厂家为了节省成本设计的。　　还有的就是0欧姆电阻，一开始也不知道为什么要加一个0欧姆电阻，直接短上不就可以了吗?实际也是一个保险电阻，当后级电路有短路，电阻就会烧断，还有就是在单面PCB电路板的直插0欧姆电阻，是用作跳线的作用，单面板只能单面走线，有的地方绕不开，就需要跳线，有的用跳线，有的直接用0欧姆电阻。　　还有就是0欧姆电阻在调试时使用，在每一个电路模块的电源串联一颗电阻，当调式时，断开其它的电阻，只连接这一颗电阻，就可以单独调试，尤其在批量的电路板时，某一点可以时断开，也可以是短路，据根据需要，是否焊接这个0欧姆电阻。　　经常在电路中遇到小阻值的电阻，每个电阻在每个位置的不同，它的叫法和功能也不同，常见的小电阻就是用于保险的电阻，保险电阻，检测电流大小的电阻，检流电阻。
2024-07-25 11:33 阅读量：370
通信开关电源电磁兼容性故障及维修方法
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通信开关电源电磁兼容性故障及维修方法

　　通信开关电源在现代通信系统中扮演着至关重要的角色，但是在使用过程中常常会遇到电磁兼容性故障，这些故障可能会导致通信中断、数据丢失或设备损坏等严重后果。因此，了解常见的通信开关电源电磁兼容性故障及其维修方法对于保障通信系统的稳定运行至关重要。本文AMEYA360电子元器件采购网将介绍几种常见的故障类型，并提供相应的维修方法，希望能够为读者解决相关问题提供参考。　　一、通信开关电源电磁兼容性故障的分类　　通信开关电源电磁兼容性故障主要分为两类：传导故障和辐射故障。传导故障是指设备通过电源线、接地线等传输线将电磁干扰信号传输到电源和信号线路上，导致其他设备出现异常。辐射故障是指设备内部电磁干扰信号通过空间辐射的形式影响其他设备。　　通信开关电源的电磁兼容性测试主要包括以下几个方面：　　1. 传导测试：测试通信开关电源通过电源线、信号线等传输线传导的电磁干扰信号。这种测试主要用来评估电源和信号线路对外部电磁干扰信号的抗干扰能力。　　2. 辐射测试：测试通信开关电源通过空间辐射的电磁干扰信号。这种测试主要用来评估设备对外部电磁环境的干扰程度。　　3. 静电测试：测试通信开关电源对静电的抗干扰能力。静电是一种常见的电磁干扰源，对电子设备的影响较大，因此需要对设备进行静电测试。　　4. 雷击测试：测试通信开关电源对雷击的抗干扰能力。雷击是一种强电磁干扰源，对设备的危害较大，因此需要对设备进行雷击测试。　　5. 电磁脉冲测试：测试通信开关电源对电磁脉冲的抗干扰能力。电磁脉冲是一种强电磁干扰源，主要来自于核爆炸、雷电等自然现象，对设备的危害较大，因此需要进行电磁脉冲测试。　　在进行通信开关电源电磁兼容性测试时，需要使用专业的电磁兼容测试仪器和设备，按照相关标准和规范进行测试，并记录测试数据和结果。根据测试结果，可以对通信开关电源的电磁兼容性进行评估和改进，提高设备的可靠性和稳定性。　　二、常见故障及原因分析　　电源线传导发射超标　　电源线传导发射超标是通信开关电源电磁兼容性故障中最常见的问题之一。主要原因是电源线在传输电能时，会同时传输噪声和干扰信号，导致电源线传导发射超标。此外，电源线设计不良、屏蔽效果差、接线端子松动等问题也可能导致传导发射超标。　　辐射骚扰超标　　辐射骚扰超标是通信开关电源电磁兼容性故障中的另一个常见问题。主要原因是设备内部电路设计不合理、布局不规范、屏蔽不严密等导致电磁干扰信号外泄。此外，设备外部的磁场和电场也可能对设备产生影响，导致辐射骚扰超标。　　三、维修方法　　针对以上常见故障，可以采取以下维修方法：　　检查电源线是否完好，如有破损或老化现象，应及时更换;检查接线端子是否松动，如有问题应及时紧固。　　检查设备的屏蔽效果是否良好，如有问题应及时修复。可以采取加装屏蔽网、更换屏蔽材料等方式提高设备的屏蔽效果。　　检查设备内部的电路设计和布局是否规范，如有问题应及时调整。可以优化电路设计、改善布局等方式提高设备的电磁兼容性。　　使用专业的电磁兼容测试仪器对设备进行测试，找出故障的具体原因，并根据原因采取相应的维修措施。　　对于辐射骚扰超标的问题，可以采取增加吸收材料、优化设备外部的磁场和电场等方式进行维修。　　通过了解常见的故障类型及其维修方法，我们可以更好地保障通信系统的稳定运行，避免不必要的损失和影响。因此，在日常维护和管理通信系统时，我们需要密切关注通信开关电源的运行状况，及时发现和解决问题。
2024-01-18 11:46 阅读量：1425
8种开关电源MOS管的工作损耗计算
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8种开关电源MOS管的工作损耗计算

　　MOSFET 的工作损耗基本可分为如下几部分：　　1、导通损耗Pon　　导通损耗,指在 MOSFET 完全开启后负载电流(即漏源电流) IDS(on)(t) 在导通电阻 RDS(on) 上产生之压降造成的损耗。　　导通损耗计算：　　先通过计算得到 IDS(on)(t) 函数表达式并算出其有效值 IDS(on)rms ，再通过如下电阻损耗计算式计算：　　Pon=IDS(on)rms2 × RDS(on) × K × Don　　说明：　　计算 IDS(on)rms 时使用的时期仅是导通时间 Ton ，而不是整个工作周期 Ts ;RDS(on)会随 IDS(on)(t) 值和器件结点温度不同而有所不同，此时的原则是根据规格书查找尽量靠近预计工作条件下的 RDS(on) 值(即乘以规格书提供的一个温度系数 K )。　　2、截止损耗Poff　　截止损耗，指在 MOSFET 完全截止后在漏源电压 VDS(off) 应力下产生的漏电流 IDSS 造成的损耗。　　截止损耗计算：　　先通过计算得到 MOSFET 截止时所承受的漏源电压 VDS(off) ，在查找器件规格书提供之 IDSS ，再通过如下公式计算：　　Poff=VDS(off) × IDSS ×( 1-Don )　　说明：　　IDSS 会依 VDS(off) 变化而变化，而规格书提供的此值是在一近似 V(BR)DSS 条件下的参数。如计算得到的漏源电压 VDS(off) 很大以至接近 V(BR)DSS 则可直接引用此值，如很小，则可取零值，即忽略此项。　　3、开启过程损耗　　开启过程损耗，指在 MOSFET 开启过程中逐渐下降的漏源电压 VDS(off_on)(t) 与逐渐上升的负载电流(即漏源电流) IDS(off_on)(t) 交叉重叠部分造成的损耗。　　开启过程损耗计算：　　开启过程 VDS(off_on)(t) 与 IDS(off_on)(t) 交叉波形如上图所示。首先须计算或预计得到开启时刻前之 VDS(off_end) 、开启完成后的 IDS(on_beginning) 即图示之 Ip1 ，以及 VDS(off_on)(t) 与 IDS(off_on)(t) 重叠时间 Tx 。然后再通过如下公式计算：　　Poff_on= fs ×∫ Tx VDS(off_on)(t) × ID(off_on)(t) × dt　　实际计算中主要有两种假设 — 图 (A) 那种假设认为 VDS(off_on)(t) 的开始下降与 ID(off_on)(t) 的逐渐上升同时发生;图 (B) 那种假设认为 VDS(off_on)(t) 的下降是从 ID(off_on)(t) 上升到最大值后才开始。图 (C) 是 FLYBACK 架构路中一 MOSFET 实际测试到的波形，其更接近于 (A) 类假设。针对这两种假设延伸出两种计算公式：　　(A) 类假设 Poff_on=1/6 × VDS(off_end) × Ip1 × tr × fs　　(B) 类假设 Poff_on=1/2 × VDS(off_end) × Ip1 × (td(on)+tr) × fs　　(B) 类假设可作为最恶劣模式的计算值。　　说明：　　图 (C) 的实际测试到波形可以看到开启完成后的 IDS(on_beginning)>>Ip1 (电源使用中 Ip1 参数往往是激磁电流的 初始值)。叠加的电流波峰确切数值我们难以预计得到，其 跟电路架构和器件参数有关。例如 FLYBACK 中 实际电流应是 Itotal=Idp1+Ia+Ib (Ia 为次级端整流二极管的反向恢 复电流感应回初极的电流值 -- 即乘以匝比， Ib 为变压器 初级侧绕组层间寄生电容在 MOSFET 开关开通瞬间释放的 电流 ) 。这个难以预计的数值也是造成此部分计算误差的 主要原因之一。　　4、关断过程损耗　　关断过程损耗。指在 MOSFET 关断过程中 逐渐上升的漏源电压 VDS(on_off) (t) 与逐渐 下降的漏源电流 IDS(on_off)(t) 的交叉重 叠部分造成的损耗。　　关断过程损耗计算：　　如上图所示，此部分损耗计算原理及方法跟 Poff_on 类似。首先须计算或预计得到关断完成后之漏源电压 VDS(off_beginning) 、关断时刻前的负载电流 IDS(on_end) 即图示之 Ip2 以及 VDS(on_off) (t) 与 IDS(on_off)(t) 重叠时间 Tx 。　　然后再通过 如下公式计算：　　Poff_on= fs ×∫ Tx VDS(on_off) (t) × IDS(on_off)(t) × dt　　实际计算中，针对这两种假设延伸出两个计算公式：　　(A) 类假设 Poff_on=1/6 × VDS(off_beginning) × Ip2 × tf × fs　　(B) 类假设 Poff_on=1/2 × VDS(off_beginning) × Ip2 × (td(off)+tf) × fs　　(B) 类假设可作为最恶劣模式的计算值。　　说明：　　IDS(on_end) =Ip2 ，电源使用中这一参数往往是激磁电流 的末端值。因漏感等因素， MOSFET 在关断完成后之 VDS(off_beginning) 往往都有一个很大的电压尖峰 Vspike 叠加其 上，此值可大致按经验估算。　　5、驱动损耗Pgs　　驱动损耗，指栅极接受驱动电源进行驱动造成之损耗　　驱动损耗的计算：　　确定驱动电源电压 Vgs 后，可通过如下公式进行计算：　　Pgs= Vgs × Qg × fs　　说明：　　Qg 为总驱动电量，可通过器件规格书查找得到。　　6、Coss电容的泄放损耗Pds　　Coss电容的泄放损耗,指MOS输出电容 Coss 截止期间储蓄的电场能于导同期间在漏源极上的泄放损耗。　　Coss电容的泄放损耗计算：　　首先须计算或预计得到开启时刻前之 VDS ，再通过如下公式进行计算：　　Pds=1/2 × VDS(off_end)2 × Coss × fs　　说明：　　Coss 为 MOSFET 输出电容，一般可等于 Cds ，此值可通过器件规格书查找得到。　　7、体内寄生二极管正向导通损耗Pd_f　　体内寄生二极管正向导通损耗,指MOS体内寄生二极管在承载正向电流时因正向压降造成的损耗。　　体内寄生二极管正向导通损耗计算：　　在一些利用体内寄生二极管进行载流的应用中(例如同步整流)，需要对此部分之损耗进行计算。公式如下：　　Pd_f = IF × VDF × tx × fs　　其中：IF 为二极管承载的电流量， VDF 为二极管正向导通压降， tx 为一周期内二极管承载电流的时间。　　说明：　　会因器件结温及承载的电流大小不同而不同。可根据实际应用环境在其规格书上查找到尽量接近之数值。　　8、体内寄生二极管反向恢复损耗Pd_recover　　体内寄生二极管反向恢复损耗，指MOS体内寄生二极管在承载正向电流后因反向压致使的反向恢复造成的损耗。　　体内寄生二极管反向恢复损耗计算：　　这一损耗原理及计算方法与普通二极管的反向恢复损耗一样。公式如下：　　Pd_recover=VDR × Qrr × fs　　其中：VDR 为二极管反向压降， Qrr 为二极管反向恢复电量，由器件提供之规格书中查找而得。　　MOS设计选型的几个基本原则　　建议初选之基本步骤：　　1、电压应力　　在电源电路应用中，往往首先考虑漏源电压 VDS 的选择。在此上的基本原则为 MOSFET 实际工作环境中的最大峰值漏源极间的电压不大于器件规格书中标称漏源击穿电压的 90% 。即：　　VDS_peak ≤ 90% * V(BR)DSS　　注：一般地， V(BR)DSS 具有正温度系数。故应取设备最低工作温度条件下之 V(BR)DSS值作为参考。　　2、漏极电流　　其次考虑漏极电流的选择。基本原则为 MOSFET 实际工作环境中的最大周期漏极电流不大于规格书中标称最大漏源电流的 90% ;漏极脉冲电流峰值不大于规格书中标称漏极脉冲电流峰值的 90% 即：　　ID_max ≤ 90% * ID　　ID_pulse ≤ 90% * IDP　　注：一般地， ID_max 及 ID_pulse 具有负温度系数，故应取器件在最大结温条件下之 ID_max 及 ID_pulse 值作为参考。器件此参数的选择是极为不确定的—主要是受工作环境，散热技术，器件其它参数(如导通电阻，热阻等)等相互制约影响所致。最终的判定依据是结点温度(即如下第六条之“耗散功率约束”)。根据经验，在实际应用中规格书目中之 ID 会比实际最大工作电流大数倍，这是因为散耗功率及温升之限制约束。在初选计算时期还须根据下面第六条的散耗功率约束不断调整此参数。建议初选于 3~5 倍左右 ID = (3~5)*ID_max。　　3、驱动要求　　MOSFEF 的驱动要求由其栅极总充电电量( Qg )参数决定。在满足其它参数要求的情况下，尽量选择 Qg 小者以便驱动电路的设计。驱动电压选择在保证远离最大栅源电压( VGSS )前提下使 Ron 尽量小的电压值(一般使用器件规格书中的建议值)　　4、损耗及散热　　小的 Ron 值有利于减小导通期间损耗，小的 Rth 值可减小温度差(同样耗散功率条件下)，故有利于散热。　　5、损耗功率初算　　MOSFET 损耗计算主要包含如下 8 个部分：　　PD = Pon + Poff + Poff_on + Pon_off + Pds + Pgs+Pd_f+Pd_recover　　详细计算公式应根据具体电路及工作条件而定。例如在同步整流的应用场合，还要考虑体内二极管正向导通期间的损耗和转向截止时的反向恢复损耗。损耗计算可参考下文的“MOS管损耗的8个组成部分”部分。　　6、耗散功率约束　　器件稳态损耗功率 PD,max 应以器件最大工作结温度限制作为考量依据。如能够预先知道器件工作环境温度，则可以按如下方法估算出最大的耗散功率：　　PD,max ≤ ( Tj,max - Tamb ) / Rθj-a　　其中 Rθj-a 是器件结点到其工作环境之间的总热阻 , 包括 Rθjuntion-case,Rθcase-sink,Rθsink-ambiance 等。如其间还有绝缘材料还须将其热阻考虑进去。
2023-08-14 15:25 阅读量：2409
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