在升壓變換器中利用新型MOSFET減少開關(guān)損耗

圖5通態(tài)電阻比較

圖6關(guān)斷波形比較

圖7關(guān)斷損耗比較

圖8柵極電壓Vgs關(guān)斷波形

耗，提高效率，主要途徑是：

　　（1）選用低開關(guān)損耗的MOSFET；

　?。?）選用低等效串聯(lián)電阻（ESR）的電容器C1和C5；

　　（3）選用低等效電阻的電感線圈L1；

　?。?）選用低導(dǎo)通電阻和低通態(tài)電壓的二極管D1。

　　關(guān)于L1和輸出電容C5數(shù)值選擇可根據(jù)式（7）和式（9）求出。輸出電流IO=PO/VO=70W/120V≈0.6A，開關(guān)周期Ts=1/fs=1/80kHz=12.5μs，Vi=50V，設(shè)最大占空比Dmax=0.73，代入式（7）可得：L=×0.73×12.5×10－6

=2.5×10－3H=2.5mH

　　紋波電壓Δvo=120V×1％=1.2V，VO=120V，DTs=9.1μs，設(shè)負(fù)載電阻R=200Ω，代入式（9）可得：C5==4.55μF

　　考慮在輸出負(fù)載瞬時(shí)變化時(shí)能安全運(yùn)行，可選用500μF/200V低ESR的電容器。

　　選用低損耗的MOSFET是提高升壓變換器效率的關(guān)鍵一環(huán)。目前快捷公司推出的新一代MOSFET—QFET系列產(chǎn)品，則具有低損耗特征。

32QFET的主要特點(diǎn)

　　QFET是新一代MOSFET。在芯片結(jié)構(gòu)上，采用了條狀P＋槽（或P＋阱）替代了傳統(tǒng)MOSFET有源區(qū)中的蜂窩狀P＋槽，并形成柱面結(jié)，從而在相同的擊穿電壓下可使用較低電阻率的外延層（N－），因而有較低的導(dǎo)通電阻Rds(on)。同時(shí)，通過(guò)對(duì)柵極氧化層的控制，有較低的柵極電荷Qg。

　　在QFET系列產(chǎn)品中，F(xiàn)QP10N20(200V/10A)適合于在彩色顯示器電源中用作開關(guān)。FQP10N20采用TO220封裝，Rds(on)=0.28Ω（典型值），Qg=13.5nC（典型值），與電壓和電流容量相同并采用相同封裝的普通MOSFET比較，Rds(on)減少近20％，Qg約減小40％。圖4和圖5分別為FQP10N20與普通MOSFET的Rds(on)和Qg比較曲線。

33采用QFET替代普通MOSFET的效果

　　在圖3所示的升壓變換器中，當(dāng)工作條件相同時(shí)，采用FQP10N20與普通器件其開關(guān)關(guān)斷波形比較如圖6所示。從圖6可知，QFET的Vds電壓上升時(shí)間和Id電流下降時(shí)間要比電壓與電流容量相當(dāng)?shù)钠胀∕OSFET都快。

　　圖7為FQP10N20與普通MOSFET關(guān)斷損耗波形比較。波形面積與器件關(guān)斷期間的能耗成正比，由于QFET的波形面積小于普通MOSFET，故有較低的關(guān)斷損耗。圖8示出了關(guān)斷期間柵－源極之間電壓Vgs的波形對(duì)比。由于QFET有較小的柵極電荷，所以Vgs的關(guān)斷下降時(shí)間比普通MOSFET短。

　　圖9為在不同工作頻率下對(duì)升壓變換器測(cè)試所獲得的數(shù)據(jù)繪制的效率曲線。由圖9可知，采用FQP10N20(QFET)替代普通MOSFET，效率有（2～4）％的提高。并且隨頻率增加，QFET對(duì)效率的改進(jìn)更加明顯。

圖9在相同工作條件下效率比較

4結(jié)語(yǔ)

　　設(shè)計(jì)高效開關(guān)電源，重點(diǎn)是選用低開關(guān)損耗的功率MOSFET?？旖莅雽?dǎo)體推出的QFET新一代MOSFET，具有低開通電阻和小柵極電荷特性，實(shí)現(xiàn)了低開關(guān)損耗和驅(qū)動(dòng)損耗，從而提高了電源效率。