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近年來，電源的輸出電壓越來越低、輸出電流越來越大（某些電源系統輸出幾十安培到上百安培）。因此，電源設計中采用開關電源控制器、加上多個驅動器及功率 MOSFET組成的多相開關電源能滿足這種要求。若采用多相控制器與功率MOSFET組成的結構，應用十分靈活，可以根據輸出電流的大小合理選擇開關管及同步整流管，并且可獲得很好的轉模效率及低的紋波電壓。 為減少在工作頻率高時的開關管損耗，要求開關管的柵極電容小、導通電阻小；并且要求輸出漏極電流大，不少功率MOSFET廠家紛紛開發出各種低Qg、低RDS(on)及大ID的專用開關電源MOSFET。本文介紹Infineon公司在2007年7月推出的為開關電源設計的N溝道高開關速度功率MOSFET。它的型號是BSCO16NO3LSG。它的產品摘要為：VDS=30V、RDS(on)=1.6mΩ、ID=100A。 主要特點及有關參數 BSCO16NO3LSG的主要特點及有關參數： 1. 可采用TTL邏輯電壓控制； 2. 在TTL邏輯高電壓時，其導通電阻RDS(on)很小。如VGS=5V時，RDS(on)=1.7mΩ；VGS=4.5V時，RDS(on)=1.8 mΩ；VGS=4V時，RDS(on)=2mΩ；并且ID在0～50A范圍內變化，RDS(on)不變，如圖1所示； 圖1 BSCO16NO3LSG的典型漏-源導通電阻 柵極電荷Qg×RDS(on)的乘積小，有利于工作于高頻率時減小損耗及具有良好的開關特性； 3. 熱阻RJC低，RJC=1℃/W；并且在40mm×40mm×1.5mm單層敷銅板（環氧樹脂PCB），其銅層面積為6cm2（銅層厚70μM），PCB垂直在靜止空氣中的熱阻RJA=50℃/W。這說明在一定工作條件下，功率MOSFET所需的冷卻散熱的PCB面積不大，可以減少PCB面積； 4. 小尺寸PG—TDSON—8封裝（一種封裝背面有較大面積散熱墊的結構），其尺寸為：6mm×5mm×1mm。其背面形狀如圖2所示； 圖2 BSCO16NO3LSG的封裝背面有較大面積散熱墊 5. 在足夠大的散熱面積條件下，VGS=4.5V，該器件散熱墊的溫度TC在25℃～100℃范圍，其最大的連續ID可達100A。如果在其散熱敷銅層面積為6cm2的條件下(RJA=50℃/W),VGS=10V、TA環境溫度=25℃，其最大連續ID為32A。如果要求連續ID大于32A，可增加散熱面積或采用雙層敷銅層的PCB。 漏極電流ID與MOSFET散熱墊的溫度TC的關系表明：在VGS≥10V時，即使TC=120℃，也可保證ID=100A，脈沖漏極電流可達400A； 6. 該MOSFET的最大功耗在TC=25℃時，Ptot=125W。這與散熱條件有關。如果在TA=25℃，RJA=50℃/W的條件下（即散熱面積僅6cm2層敷銅層）時，其最大允許功耗僅2.5W。如果要增加最大允許功耗時可增加散熱面積或采用雙層銅層的PCB； 7. 該MOSFET的輸出特性如圖3所示，轉移特性如圖4所示。 圖3 輸出特性 圖4 轉移特性 滿足同步整流的工作安全 在同步整流的電路中，它由高端MOSFET（HS）及低端MOSFET（LS）組成，如圖5所示。HS及LS由驅動器驅動，在正常工作時：HS導通時，LS截止；HS截止時，LS導通。為防止HS沒有關斷、LS開始導通的情況發生，在HS截止時有個死區時間后LS才導通。 圖5 同步整流電路 由于MOSFET管內存在極間電容Cgd及Cgs，在HS開始導通時，有電流Icgd流經Cgd、經過Rgate+Rdrive后到地而產生一個△VGS、△VGS=(Rgate+Rdrive)×Icgd，如果△VGS大于LS的VGS（th），則可能使LS導通，即產生HS及LS都導通的情況，這將使MOSFET造成損壞。若LS中的Cgd和Cgs的比值Cgd/Cgs≤1時，這種HS及LS同時導通的事故可避免。BSCO16NO3LSG在工藝上可做到Cgd/Cgs≈0.48的最佳比值，使同步整流的工作很安全（資料中給出Qgd典型值為10nC，Qgs典型值為21nC，其比值為0.476）。 引腳排列 該MOSFET采用散熱良好、熱阻RJC小的PG—TDSON—8封裝，其引腳排列如圖6所示。為保證良好散熱，在印制板設計時，4個漏極并聯引腳D的焊盤與其背面散熱墊的焊接面連接在一起，3個源極并聯的焊盤尺寸也盡量的大，有利于散熱。一種印制板圖形設計如圖7所示。 圖6 引腳排列 圖7 一種印制板圖形設計 BSCO16NO3LSG的參數較多，并相應的有很多特性曲線。若對此N溝道功率MOSFET有興趣，可訪問該公司網站：www.infineon.com。在OptiMos?系列功率MOSFET有各種封裝的N-MOSFET,適用于各種開關電源。 |
