如何选择开关电源MOS管？参数是最终的

在开关电源中，开关管的开关时间会影响开关电源的工作效率，而MOS管的某些参数起着决定性的作用，因此在开关管中存在哪些技能选择MOS管吗？

由于MOS管对于电路的输出具有良好的优势，因此通常用作电源中的开关元件. 服务器和通信设备等应用程序通常配置有多个并行电源，以支持N + 1冗余和连续运行（图1）. 并行电源平均分配负载，以确保即使一个电源出现故障，系统也可以继续工作. 但是，此架构还需要一种将并行电源的输出连接在一起并确保一个电源的故障不会影响其他电源的方式. 在每个电源的输出处，都有一个功率MOS管，该电源MOS管允许所有电源共享负载，而电源彼此隔离. 担当此角色的MOS晶体管被称为“ ORing” FET，因为它们本质上是连接多个电源输出的“ OR”逻辑.

图1: 用于N + 1冗余拓扑的并行电源控制的MOS管

由于服务器中的电源一直在工作，因此作为开关设备的MOS管始终处于导通状态. 它的开关功能仅在启动和关闭期间以及电源出现故障时使用. 与从事基于开关的应用的设计人员相比，ORing FET应用的设计人员显然必须注意MOS管的不同特性. 以一台服务器为例，在正常操作期间，MOS管仅相当于一根导体. 因此，ORing FET应用的设计人员最关心的是最小的传导损耗.

通常，MOS管制造商使用RDS（ON）参数来定义导通电阻. 对于ORing FET应用，RDS（ON）也是最重要的器件特性. 数据表定义RDS（ON）与栅极（或驱动）电压VGS和流经开关的电流有关，但是对于足够的栅极驱动，RDS（ON）是一个相对静态的参数.

如果要设计更小，成本更低的电源，则需要充分注意低导通电阻. 在电源设计中，每个电源通常需要多个ORing MOS管并行工作，并且需要多个设备才能将电流传输到负载. 在许多情况下，设计人员必须并联MOS晶体管才能有效降低RDS（ON）.

应注意，在直流电路中，并联电阻负载的等效阻抗小于每个负载的单个阻抗值. 例如，两个并联的2Ω电阻等效于1Ω电阻. 因此，通常，具有大额定电流的低RDS（ON）MOS管可以使设计人员减少电源中使用的MOS管的数量.

此外，在选择MOS管时必须注意一些参数. 在许多情况下，设计人员应密切注意数据手册上的安全工作区（SOA）曲线，该曲线还描述了漏极电流与漏极-源极电压之间的关系. 基本上，SOA定义了MOSFET可以安全工作的电源电压和电流. 在ORing FET应用中，第一个问题是: 处于“全导通状态”的FET的载流能力. 实际上，无需SOA曲线即可获得漏极电流值.

当电路设计目标是实现热插拔功能时，SOA曲线可以发挥自己的作用. 在这种情况下，MOS管需要部分导通. SOA曲线定义了不同脉冲期间的电流和电压极限.

顺便说一句，刚才提到的额定电流也是要考虑的热参数. 因为常开的MOS管很容易加热. 此环境的热阻，并通常通过脚注（包括镀铜的数量和厚度）指示与PCB设计的关系.

开关电源中的MOS管

现在让我们考虑开关电源的应用，以及为什么此类应用需要从不同的角度来看数据手册. 根据定义，此应用程序需要定期打开和关闭MOS. 同时，有数十种拓扑可用于开关电源，这里考虑一个简单的示例. DC-DC电源中常用的基本降压转换器依靠两个MOS管来执行开关功能（图2）. 这些开关将能量交替存储在电感器中，然后将能量释放到负载中. 目前，设计人员经常选择数百kHz甚至1 MHz的频率，因为频率越高，磁性成分越小且越轻.

图2: 用于开关电源应用的MOS管对. （DC-DC控制器）

之所以在开关电源中选择MOS管的文章如此之多，是因为开关电源的设计很复杂，但是没有MOS管选择的计算公式. 因此，此时mos管开关电压，您不妨考虑一些关键参数，以及为什么这些参数很重要. 传统上，许多电源设计人员使用综合质量因数[栅极电荷QG×导通电阻RDS（ON）]来评估MOS晶体管或对其进行分类.

栅极电荷和导通电阻很重要，因为它们都直接影响电源的效率. 影响效率的损耗主要分为传导损耗和开关损耗两种形式.

门电荷是开关损耗的主要原因. 栅极电荷的单位是纳米库仑（nc），是对MOS管的栅极进行充电和放电所需的能量. 栅极电荷和导通电阻RDS（ON）在半导体设计和制造过程中相互关联. 一般而言，器件的栅极电荷值较低，其导通电阻参数略高. 开关电源中第二重要的MOS管参数包括输出电容，阈值电压，栅极阻抗和雪崩能量.

一些特殊的拓扑结构还将改变不同MOS管参数的相关质量. 例如，您可以将传统的同步降压转换器与谐振转换器进行比较. 谐振转换器仅在VDS（漏极-源极电压）或ID（漏极电流）超过零时执行MOSFET开关，从而将开关损耗降至最低. 这些技术称为软开关，零电压开关（ZVS）或零电流开关（ZCS）技术. 由于最小化了开关损耗，因此RDS（ON）在这种拓扑中更为重要.

两种类型的转换器的低输出电容（COSS）值都很好. 谐振转换器中的谐振电路主要由变压器和COSS的漏感决定. 此外，在两个MOS晶体管关闭的空载时间内，谐振电路必须让COSS完全放电.

低输出电容也使传统的降压转换器（有时称为硬开关转换器）受益，但原因有所不同. 相反mos管开关电压，由于存储在输出电容器中的能量在每个硬开关周期都会丢失，因此，该能量会在谐振转换器中反复循环. 因此，低输出电容对于同步降压稳压器的低侧开关尤为重要.

本文对开关电源中MOS管参数的选择提供了一些意见. 特别是，详细解释了一些重要参数. 通过确定参数，我们可以更快，更准确地选择合适的MOS管作为开关电源.

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