大功率電源在設(shè)計研發(fā)過程中，少不了功率器件MOSFET的參與。這種重要的電子元件負(fù)載電流大，本身的導(dǎo)通電阻較低，因此非常適合大功率開關(guān)電源的選用。在今天的文章中，我們將會就功率器件MOSFET在大功率電源中的應(yīng)用以及常見問題，進(jìn)行簡單的分析介紹。

由于本身具備多種優(yōu)勢，大功率開關(guān)電源往往會選用功率MOSFET進(jìn)行系統(tǒng)整流設(shè)計。然而，在電路系統(tǒng)的設(shè)計過程中，我們?nèi)匀恍枰⒁獾竭@種功率器件與雙極型晶體管的區(qū)別。MOSFET的柵極電容是比較大，在導(dǎo)通之前要先對該電容充電，當(dāng)電容電壓超過閾值電壓時MOSFET才開始導(dǎo)通。因此，柵極驅(qū)動器的負(fù)載能力必須足夠大，以保證在系統(tǒng)要求的時間內(nèi)完成對等效柵極電容的充電。

還有一個問題是在進(jìn)行柵極驅(qū)動電流的計算時容易出現(xiàn)的錯誤，那就是將MOSFET的輸入電容和CEI混為一談。不少人會直接使用該公式去計算峰值柵極電流，即：I=C（dv/dt）。實際上，CEI的值比CISS高很多，必須要根據(jù)MOSFET生產(chǎn)商提供的柵極電荷（QG）指標(biāo)計算。柵極電荷QG是MOSFET柵極電容的一部分，其正確的計算公式為：QG=QGS+QGD+QOD。其中QG為總的柵極電荷，QGS為柵極-源極電荷，QGD為柵極-漏極電荷，QOD為Miller電容。充滿后的過充電荷典型的MOSFET曲線如圖1所示。

圖1

從圖1中所提供的功率器件MOSFET過充電荷曲線中可以看到，在大功率電源的實際應(yīng)用中，我們?yōu)榱吮ＷCMOSFET導(dǎo)通，用來對CGS充電的VGS要比額定值高一些，而且CGS也要比VTH高。柵極電荷除以VGS等于CEI，柵極電荷除以導(dǎo)通時間等于所需的驅(qū)動電流。用公式表示為：QG=（CEI）（VGS），IG=QG/t導(dǎo)通。其中QG總柵極電荷。CEI等效柵極電容，VGS刪-源極間電壓。IG使MOSFET在規(guī)定時間內(nèi)導(dǎo)通所需柵極驅(qū)動電流。

大功率開關(guān)電源技術(shù)不斷發(fā)展，SMPS控制器的電源電路系統(tǒng)中的應(yīng)用也日漸頻繁。這些新型控制器全部采用精細(xì)的CMOS工藝，供電電壓低于12V，集成的MOSFET驅(qū)動器同時可作為電平變換器使用，用來將TTL電平轉(zhuǎn)換為MOSFET驅(qū)動電平。在SMPS控制器中，抗鎖死能力是一項非常重要的指標(biāo)，因為MOSFET一般都連接著感性電路，會產(chǎn)生比較強的反向沖擊電流。在應(yīng)用SMPS控制器進(jìn)行大功率開關(guān)電源的系統(tǒng)設(shè)計時，有一個需要注意的問題是，對瞬間短路電流的承受能力需要進(jìn)行精準(zhǔn)判斷，對于高頻SMPS尤其如此。此時，我們可以使用專用的MOSFET驅(qū)動器從兩個方面改善這個問題，即保障MOSFET柵極驅(qū)動電平的上升時間和下降時間相等，并且盡可能縮短；驅(qū)動脈沖的傳播延時必須控制在極短范圍內(nèi)，并且需要與開關(guān)頻率匹配。

功率器件MOSFET在大功率電源設(shè)計中的典型應(yīng)用之一，就是在便攜式計算機大功率電源中的使用。下圖圖2為一個高效率同步升壓變換器的電路，其輸入電壓范圍是5V至30V，可以與AC/DC整流器（14V/30V）相連，也可以用電池供電（7.2V至10.8V）。

圖2

從圖2所提供的電路圖中可以看到，該大功率開關(guān)電源中的功率器件TC1411N，是一種低壓側(cè)驅(qū)動器，TC1411N的輸出峰值電流為1A，由于使用+5V供電，可以降低因柵極過充電引起的截止延時。TC4431是高壓側(cè)驅(qū)動器，輸出峰值電流可達(dá)1.5A。用這兩種器件驅(qū)動的MOSFET可以承受持續(xù)30ns、大小為10A的漏極電流。