• 回复
  • 收藏
  • 点赞
  • 分享
  • 发新帖

【草根大侠】贴 关于MOS管导通内阻和米勒电容(Qgd)差异对效率的影响

最近做了一款正激有源钳位电源,DC48输入,DC28V输出,功率200W,频率100K。下边分别说说MOS管的差异

1.主MOS管用的IRF640,钳位管也用的IRF640 ,输出整流管用的MBR20200;实测效率满载87.5%。IRF640的主要参数


 

2.正好参加了元器件网的特约评论员活动,给了几片英飞凌的IPA075N15N3 G,在此先谢谢元器件网及源源。拿到手了就想换上去看看有啥区别,就把主MOS管换了个075N15,结果还真不一样,满载效率直接上升3个百分点,到了90.5%。再把IPA075N15N3 G的主要参数放上来

  


全部回复(76)
正序查看
倒序查看
老梁头
LV.10
2
2012-08-30 09:39

先从原理上分析下

1.第一种情况,IRF640的总输入功率Pin640=200/0.875=228.5W,输入电流Iin640=228.5/48=4.76A,导通损耗Pd640=4.76*4.76*0.18(IRF640的导通内阻)*ton

2.第二种情况,075N15的总输入功率PinN15=200/0.905=221W,输入电流IinN15=221/48=4.6A,导通损耗PdN15=4.6*4.6*0.0075*ton

3.两个导通损耗相差Pd=Pd640 -PdN15 两个的总功率相差P=228.5-221=7.5W

两个的开关损耗相差Pk=P-Pd 

以上所算的都是大概值,因开关损耗的算法比较繁琐,这就不算了,好多电源资料上都有。米勒电容主要影响开关速度,他里边所存的电量会和变压器漏感,还有MOS的一些寄生参数,PCB的一些寄生参数等产生谐振,影响效率。所以应选择米勒电容比较小的MOS,从测试的波形可以形象的表达出来!

 

这个是640的

 

这个是IPA075N15N3 G的

1
回复
老梁头
LV.10
3
2012-08-30 09:39
@老梁头
先从原理上分析下1.第一种情况,IRF640的总输入功率Pin640=200/0.875=228.5W,输入电流Iin640=228.5/48=4.76A,导通损耗Pd640=4.76*4.76*0.18(IRF640的导通内阻)*ton2.第二种情况,075N15的总输入功率PinN15=200/0.905=221W,输入电流IinN15=221/48=4.6A,导通损耗PdN15=4.6*4.6*0.0075*ton3.两个导通损耗相差Pd=Pd640 -PdN15 两个的总功率相差P=228.5-221=7.5W两个的开关损耗相差Pk=P-Pd 以上所算的都是大概值,因开关损耗的算法比较繁琐,这就不算了,好多电源资料上都有。米勒电容主要影响开关速度,他里边所存的电量会和变压器漏感,还有MOS的一些寄生参数,PCB的一些寄生参数等产生谐振,影响效率。所以应选择米勒电容比较小的MOS,从测试的波形可以形象的表达出来![图片] 这个是640的[图片] 这个是IPA075N15N3G的

实际用的时候,我用的是国产640,他的资料里边关于640的特性特别少,所以就用了IR的资料。变压器是我自己绕的,绕的不好,用的骨架太大,公司没小的了,骨架一半都没用完,所以漏感大了。

物有所长,必有所短。075N15效率高但价格很高,效率高,可靠性好,散热好做;而640的效率低点,但价格很低(尤其国产640更低)。在选取时大家可根据自己的情况选取,尽量的满足客户要求。

感觉不错记得顶下哦顶贴是发帖的动力哦

0
回复
dulai1985
LV.10
4
2012-08-30 10:04
@老梁头
实际用的时候,我用的是国产640,他的资料里边关于640的特性特别少,所以就用了IR的资料。变压器是我自己绕的,绕的不好,用的骨架太大,公司没小的了,骨架一半都没用完,所以漏感大了。物有所长,必有所短。075N15效率高但价格很高,效率高,可靠性好,散热好做;而640的效率低点,但价格很低(尤其国产640更低)。在选取时大家可根据自己的情况选取,尽量的满足客户要求。感觉不错记得顶下哦[图片]顶贴是[图片]发帖的动力哦

向你学习!

0
回复
zhc7302
LV.9
5
2012-08-30 10:04
@老梁头
实际用的时候,我用的是国产640,他的资料里边关于640的特性特别少,所以就用了IR的资料。变压器是我自己绕的,绕的不好,用的骨架太大,公司没小的了,骨架一半都没用完,所以漏感大了。物有所长,必有所短。075N15效率高但价格很高,效率高,可靠性好,散热好做;而640的效率低点,但价格很低(尤其国产640更低)。在选取时大家可根据自己的情况选取,尽量的满足客户要求。感觉不错记得顶下哦[图片]顶贴是[图片]发帖的动力哦
学习了
0
回复
10227
LV.7
6
2012-08-30 10:11
@老梁头
先从原理上分析下1.第一种情况,IRF640的总输入功率Pin640=200/0.875=228.5W,输入电流Iin640=228.5/48=4.76A,导通损耗Pd640=4.76*4.76*0.18(IRF640的导通内阻)*ton2.第二种情况,075N15的总输入功率PinN15=200/0.905=221W,输入电流IinN15=221/48=4.6A,导通损耗PdN15=4.6*4.6*0.0075*ton3.两个导通损耗相差Pd=Pd640 -PdN15 两个的总功率相差P=228.5-221=7.5W两个的开关损耗相差Pk=P-Pd 以上所算的都是大概值,因开关损耗的算法比较繁琐,这就不算了,好多电源资料上都有。米勒电容主要影响开关速度,他里边所存的电量会和变压器漏感,还有MOS的一些寄生参数,PCB的一些寄生参数等产生谐振,影响效率。所以应选择米勒电容比较小的MOS,从测试的波形可以形象的表达出来![图片] 这个是640的[图片] 这个是IPA075N15N3G的

正激有源钳位电源的确要慎选MOS管的RDS(ON),

米勒效应会看Ciss.

0
回复
老梁头
LV.10
7
2012-08-30 11:14
@10227
正激有源钳位电源的确要慎选MOS管的RDS(ON),米勒效应会看Ciss.
是看Qgd的,CISS是输入电容
0
回复
10227
LV.7
8
2012-08-30 11:35
@老梁头
是看Qgd的,CISS是输入电容

MOS导通时是从输入电容充电,

CissCgsCgd之和,

CgsCgd一样有米勒效应关系,所以就一并考虑.

0
回复
老梁头
LV.10
9
2012-08-30 11:42
@10227
因MOS导通时是从输入电容充电,Ciss为Cgs与Cgd之和,Cgs与Cgd一样有米勒效应关系,所以就一并考虑.
学习了,我一般只看Cgd的,这个对关断的影响比较大。
0
回复
10227
LV.7
10
2012-08-30 11:58
@老梁头
学习了,我一般只看Cgd的,这个对关断的影响比较大。

的确, MOS完全导通时,Vgs必增加,Cgd也会增加,

Ciss也会增加,所以你的说法也是正确的.

0
回复
zvszcs
LV.12
11
2012-08-30 14:38
@10227
的确,MOS完全导通时,Vgs必增加,Cgd也会增加,Ciss也会增加,所以你的说法也是正确的.[图片]
跟着老梁走
0
回复
jiame2006
LV.7
12
2012-08-30 14:40
@老梁头
先从原理上分析下1.第一种情况,IRF640的总输入功率Pin640=200/0.875=228.5W,输入电流Iin640=228.5/48=4.76A,导通损耗Pd640=4.76*4.76*0.18(IRF640的导通内阻)*ton2.第二种情况,075N15的总输入功率PinN15=200/0.905=221W,输入电流IinN15=221/48=4.6A,导通损耗PdN15=4.6*4.6*0.0075*ton3.两个导通损耗相差Pd=Pd640 -PdN15 两个的总功率相差P=228.5-221=7.5W两个的开关损耗相差Pk=P-Pd 以上所算的都是大概值,因开关损耗的算法比较繁琐,这就不算了,好多电源资料上都有。米勒电容主要影响开关速度,他里边所存的电量会和变压器漏感,还有MOS的一些寄生参数,PCB的一些寄生参数等产生谐振,影响效率。所以应选择米勒电容比较小的MOS,从测试的波形可以形象的表达出来![图片] 这个是640的[图片] 这个是IPA075N15N3G的
学习下
0
回复
zhc7302
LV.9
13
2012-08-30 14:41
@zvszcs
跟着老梁走
知识不用愁
0
回复
aczg01987
LV.10
14
2012-08-30 14:42
@zvszcs
跟着老梁走
学习
0
回复
2012-08-31 15:48
0
回复
2012-08-31 15:49
@老梁头
先从原理上分析下1.第一种情况,IRF640的总输入功率Pin640=200/0.875=228.5W,输入电流Iin640=228.5/48=4.76A,导通损耗Pd640=4.76*4.76*0.18(IRF640的导通内阻)*ton2.第二种情况,075N15的总输入功率PinN15=200/0.905=221W,输入电流IinN15=221/48=4.6A,导通损耗PdN15=4.6*4.6*0.0075*ton3.两个导通损耗相差Pd=Pd640 -PdN15 两个的总功率相差P=228.5-221=7.5W两个的开关损耗相差Pk=P-Pd 以上所算的都是大概值,因开关损耗的算法比较繁琐,这就不算了,好多电源资料上都有。米勒电容主要影响开关速度,他里边所存的电量会和变压器漏感,还有MOS的一些寄生参数,PCB的一些寄生参数等产生谐振,影响效率。所以应选择米勒电容比较小的MOS,从测试的波形可以形象的表达出来![图片] 这个是640的[图片] 这个是IPA075N15N3G的
给力!顶起。。。
0
回复
zvszcs
LV.12
17
2012-08-31 15:49
@电源网-源源
[图片]
沉船了?
0
回复
aczg01987
LV.10
18
2012-08-31 23:28
@老梁头
实际用的时候,我用的是国产640,他的资料里边关于640的特性特别少,所以就用了IR的资料。变压器是我自己绕的,绕的不好,用的骨架太大,公司没小的了,骨架一半都没用完,所以漏感大了。物有所长,必有所短。075N15效率高但价格很高,效率高,可靠性好,散热好做;而640的效率低点,但价格很低(尤其国产640更低)。在选取时大家可根据自己的情况选取,尽量的满足客户要求。感觉不错记得顶下哦[图片]顶贴是[图片]发帖的动力哦

老梁,MOS管的分析最好来个从里到外的扫个盲

帖子不要沉啦

顶起

0
回复
老梁头
LV.10
19
2012-09-01 11:17
@zvszcs
沉船了?
上边对选型没有具体的描述,回头补过来!
0
回复
恒流王
LV.5
20
2012-09-01 20:52
@老梁头
上边对选型没有具体的描述,回头补过来![图片]
老梁头收了多少广告费啊!
0
回复
老梁头
LV.10
21
2012-09-01 21:49
@恒流王
老梁头收了多少广告费啊!
没有广告费哦,是自愿写的哦
0
回复
2012-09-02 09:59
@老梁头
没有广告费哦,是自愿写的哦[图片]
国内的MOS管Rds(on) 与国外的写得都一样,但实际肯定会有差别的,老梁请教一下MOS管Rds(on) 不用专门的仪器测量,有没有简单的办法?
0
回复
老梁头
LV.10
23
2012-09-03 08:17
@中共中央
国内的MOS管Rds(on)与国外的写得都一样,但实际肯定会有差别的,老梁请教一下MOS管Rds(on)不用专门的仪器测量,有没有简单的办法?
这个从原理上我感觉最简单的就是加电测量了吧,给VGS加个10V电压,给DS之间加个恒流源测试DS之间的压差!   我倒是没有实际测量过,大家可以讨论下!
0
回复
2012-09-03 08:48
@老梁头
这个从原理上我感觉最简单的就是加电测量了吧,给VGS加个10V电压,给DS之间加个恒流源测试DS之间的压差! 我倒是没有实际测量过,大家可以讨论下![图片]
请教下,上面表格中的QSW是什么参数呢?有什么影响?
2
回复
老梁头
LV.10
25
2012-09-03 10:13
@on_the_way_li
请教下,上面表格中的QSW是什么参数呢?有什么影响?
这个从表面翻译过来应该是交换电荷,一般的资料里都不显示这项指标,还就英飞凌里有。这个我不太清楚,下去好好查下!
0
回复
aczg01987
LV.10
26
2012-09-03 11:15
@zvszcs
沉船了?

又浮起来啦

0
回复
zhc7302
LV.9
27
2012-09-03 13:36
@aczg01987
又浮起来啦
0
回复
老梁头
LV.10
28
2012-09-05 16:55
@zhc7302
[图片]

今天先从导通内阻说起吧大家都知道,一般情况下电压越高,导通内阻越大。这个就和MOS的制作工艺有关系了,为了保证足够大的漏源击穿电压Vds,需要有高电阻率外延层,这会使MOS的导通电阻增大。

根据选择的拓扑选择合适的MOS管及吸收电路,再保证高端Vds不超的情况下,尽量选择耐压低的管子,耐压高的管子一般会很贵,品种单一没有耐压低的可选性多,而且效率不好提升。

耐压相同的管子一般情况下,导通内阻越小价格越高,根据自己的实际使用,在性价比中尽量折中。尽量把鱼和熊掌全得到!

栅源电压Vgs的选择对导通电阻也有影响,电压越高导通越好,导通程度越好,内阻越小,但随着栅源电压Vgs的升高,开关速度会降低,这个以后说;还有可能导致栅源电压Vgs击穿,器件失效。栅源电压越低,导通越差,内阻越大,效率越低。所以建议大家选取栅源电压Vgs为10V-18V之间。

做好散热,导通内阻随着温度的升高而增大,所以要把热设计搞好,温升尽量的低,效率尽量的高。

这个在管子的datasheet里边都有体现,下边咱看下075N15的

 

栅源电压不同,导通内阻也不一样。

 

这个虽然没有直接标出导通内阻,但从电流上可以体现出来,温度升高电流减小,输入电压不变说明内阻增大。

以上所说,希望对大家在以后选取MOS时有些帮助


1
回复
zhc7302
LV.9
29
2012-09-05 16:57
@老梁头
今天先从导通内阻说起吧[图片]大家都知道,一般情况下电压越高,导通内阻越大。这个就和MOS的制作工艺有关系了,为了保证足够大的漏源击穿电压Vds,需要有高电阻率外延层,这会使MOS的导通电阻增大。根据选择的拓扑选择合适的MOS管及吸收电路,再保证高端Vds不超的情况下,尽量选择耐压低的管子,耐压高的管子一般会很贵,品种单一没有耐压低的可选性多,而且效率不好提升。耐压相同的管子一般情况下,导通内阻越小价格越高,根据自己的实际使用,在性价比中尽量折中。尽量把鱼和熊掌全得到![图片]栅源电压Vgs的选择对导通电阻也有影响,电压越高导通越好,导通程度越好,内阻越小,但随着栅源电压Vgs的升高,开关速度会降低,这个以后说;还有可能导致栅源电压Vgs击穿,器件失效。栅源电压越低,导通越差,内阻越大,效率越低。所以建议大家选取栅源电压Vgs为10V-18V之间。做好散热,导通内阻随着温度的升高而增大,所以要把热设计搞好,温升尽量的低,效率尽量的高。[图片]这个在管子的datasheet里边都有体现,下边咱看下075N15的[图片] 栅源电压不同,导通内阻也不一样。[图片] 这个虽然没有直接标出导通内阻,但从电流上可以体现出来,温度升高电流减小,输入电压不变说明内阻增大。以上所说,希望对大家在以后选取MOS时有些帮助[图片]
学习吧
0
回复
10227
LV.7
30
2012-09-05 17:23
@老梁头
今天先从导通内阻说起吧[图片]大家都知道,一般情况下电压越高,导通内阻越大。这个就和MOS的制作工艺有关系了,为了保证足够大的漏源击穿电压Vds,需要有高电阻率外延层,这会使MOS的导通电阻增大。根据选择的拓扑选择合适的MOS管及吸收电路,再保证高端Vds不超的情况下,尽量选择耐压低的管子,耐压高的管子一般会很贵,品种单一没有耐压低的可选性多,而且效率不好提升。耐压相同的管子一般情况下,导通内阻越小价格越高,根据自己的实际使用,在性价比中尽量折中。尽量把鱼和熊掌全得到![图片]栅源电压Vgs的选择对导通电阻也有影响,电压越高导通越好,导通程度越好,内阻越小,但随着栅源电压Vgs的升高,开关速度会降低,这个以后说;还有可能导致栅源电压Vgs击穿,器件失效。栅源电压越低,导通越差,内阻越大,效率越低。所以建议大家选取栅源电压Vgs为10V-18V之间。做好散热,导通内阻随着温度的升高而增大,所以要把热设计搞好,温升尽量的低,效率尽量的高。[图片]这个在管子的datasheet里边都有体现,下边咱看下075N15的[图片] 栅源电压不同,导通内阻也不一样。[图片] 这个虽然没有直接标出导通内阻,但从电流上可以体现出来,温度升高电流减小,输入电压不变说明内阻增大。以上所说,希望对大家在以后选取MOS时有些帮助[图片]
0
回复
老梁头
LV.10
31
2012-09-07 10:44
@10227
[图片]

再说下MOS管的寄生电容对效率的影响把,这个涉及的比较多了。咱一切从简单的说,以照顾新人为主,好多大侠比我还懂!

大家知道MOS的极间电容直接影响其开关特性,其等效电路如图

 

输入电容Ciss=Cgs+Cdg (D,S短接),输出电容Coss=Cds+Cgd(G,S短接)

反馈电容Crss=Cgd(也叫米勒电容)

以上是MOS管的电容特性,有定义Q=C*V可得,在电压一定时,电容量越小,Qg越小。

而Qg为栅极的总电荷量,Qgs为栅源极间的电荷量,Qgd为栅漏极间的电荷量。再根据公式t=Q/I得,当电流一定时,Q越小,时间越短,即开关速度越快,开关损耗越小。

所以再选取MOS时尽量选取Qg小的,以减小开关损耗。

而Qgs主要影响开启时间,Qgd主要影响关断时间。

1.在两个MOS管的耐压及电流一定时,选取Qg小的MOS;

2.如我上边的波形及两个资料来看,在Qg一样时要选取Qgd小的MOS。

3.根据自己的实际功率选择合适的MOS,一般情况下内阻越小,Qg越大;Vds越小,Qg越    大。

4.根据实际频率选择合适MOS,频率越高开关损耗越大,这个时候可能你的开关损耗远大    于你的导通损耗,这时要适当的选择内阻大点的MOS,以提升开关损耗;

5.尽量选择贴片的MOS,这样MOS的引脚短,引脚上的寄生电感等参数会小的多,减小损耗!

其实MOS是个大学问,里边还有好多注意事项。大家可以多谈论谈论

1
回复