美浦森MOSFET在PD市場中的應用
隨著生活節(jié)奏的加快,手機電池容量加大,電池耗電加快,消費者迫切需要一種快速充電方案,緩解充電的煩惱,從而催生了快速充電器的發(fā)展和普及。此前,手機充電器在經歷傳統(tǒng)的5V 1A、5V 2A常規(guī)規(guī)格后,已不能滿足當下用戶對智能數碼設備快充的需求,迎來了以高通QC、MTK PE、USB PD為主的三大快充標準。在上游的推動下,整個快充生態(tài)鏈已經具備多達數百款手機、充電器、移動電源、車充等產品。而實現快速充電必然需要加大充電功率,或提高電壓(如QC快充),或提高電流(如PD快充)。大功率意味著充電器體積的增加,作為移動電子設備配件,充電器體積必須做到小型化,以方便隨身攜帶,這對電源效率,溫升提出了更高的要求,所以催生了同步整流的發(fā)展。
目前代表性的快充解決方案以PI,Iwatt,OB,Richtek為主,均采用同步整流,以提高電源效率,降低溫度。
下面簡要闡述MOSFET在PD電源上選型注意事項。
在功率系統(tǒng)中,MOSFET可被看成電氣開關。當在N溝道MOSFET的柵極和源極間加上正電壓時,其開關導通。導通時,電流可經開關從漏極流向源極。漏極和源極之間存在一個內阻,稱為導通電阻RDS(ON)。必須清楚MOSFET的柵極是個高阻抗端,因此,總是要在柵極加上一個電壓。如果柵極為懸空,器件將不能按設計意圖工作,并可能在不恰當的時刻導通或關閉,導致系統(tǒng)產生潛在的功率損耗。當源極和柵極間的電 壓為零時,開關關閉,而電流停止通過器件。雖然這時器件已經關閉,但仍然有微小電流存在,這稱之為漏電流,即IDSS。作為電氣系統(tǒng)中的基本部件,工程師如何根據參數做出正確選擇呢?
下面將討論如何通過四步來選擇正確的MOSFET。
1)溝道的選擇。
在開關電源低壓側開關中,應采用N溝道MOSFET,這是出于對關閉或導通器件所需電壓的考慮。當MOSFET連接到 總線及負載接地時,就要用高壓側開關。通常會在這個拓撲中采用P溝道MOSFET,這也是出于對電壓驅動的考慮。
2)電壓和電流的選擇。
這里以65W PD電源為例說明電壓和電流如何計算。
A、計算條件:
Vin: 90-264VAC/47-63HZ;Vo: 5V3A/9V3A/12V3A/15V3A/20V3.25A;Dmax取0.45,最小工作效率η為90%。
B、計算過程:
Id=2Po/Vdc(min)*Dmax*η=2*65/90*0.45*0.9=3.57(A),實際工作中選(2-3)Id,取12A;??
Vdss=Vor(nVo)+Vdc(max)+150(余量值)=20*4.5+264*1.414+150=613<650(V),選取650V或700V的管子即可滿足設計要求。
最終,可選擇12A,650V或700V的管子。
3)計算MOSFET的損耗。
MOSFET在開關過程中,會產生一定的損耗,主要包括以下幾部分:
a、開通損耗
開通過程中的電壓、電流和功耗波形近似如下:
Pswitch-on = 1/2* Vdsid*(t2-t0)*f
b、導通損耗
Pon=Id2 * Rds(on)*Ton*f
其中:
Rds(on) :實際結溫下的導通電阻,可以通過查閱datasheet中的相關曲線獲得;
Id :導通時的電流有效值;
Ton :一個周期內的導通時間;
f:開關頻率。
D:占空比,D=Ton*f。
c、關斷損耗
關斷過程中的電壓、電流和功耗波形近似如下:
針對MOSFET在PD電源中的應用,美浦森半導體已為您選好了常用對應功率型號,以供工程師朋友參考:
A、30W PD(PPS):
電路位置 | 電路作用 | 美浦森推薦型號 | ||
初級高壓MOS | PWM開關 | SLD65R700S2(超結) | SLD60R650S2(超結) | SLD8N65S(平面) |
次級SR | SR開關 | SLM80N10G(SGT) | ||
次級VBUS | 隔離開關 | SLN30N03T |
B、45W PD(PPS):
電路位置 | 電路作用 | 美浦森推薦型號 | ||
初級高壓MOS | PWM開關 | SLF65R300S2(超結) | SLD65R420S2(超結) | SLF10N65C(平面) |
次級SR | SR開關 | SLM80N10G(SGT) | ||
次級VBUS | 隔離開關 | SLN30N03T |
C、65W PD(PPS):
電路位置 | 電路作用 | 美浦森推薦型號 | ||
初級高壓MOS | PWM開關 | SLF65R190S2D(超結) | SLF65R300S2(超結) | SLF12N65C(平面) |
次級SR | SR開關 | SLM80N10G(SGT) | ||
次級VBUS | 隔離開關 | SLN30N03T |
FAIR
美浦森半導體成立于2008年,總部位于深圳市南山區(qū),在韓國富川,深圳均設有研發(fā)中心。是一家集研發(fā)、設計、生產、銷售和服務為一體的完整型產業(yè)鏈公司,國家級高新企業(yè)。公司產品包括中大功率場效應管,SiC二極管、SIC MOSFET等系列產品。
2009年,美浦森半導體在韓國浦項投資興建FAB工廠,主營POWER MOSFET及碳化硅產品的研發(fā)和生產。目前8英寸月產能12000片,6寸產能10000片,是東亞地區(qū)唯一的PLANNER 8英寸晶圓生產線,所有技術和科研人員均來自韓國SAMSUNG(三星)半導體和美國FAIRCHILD(仙童)半導體,在產品研發(fā)和生產制程方面具有豐富的行業(yè)經驗。
2014年在深圳建立半導體功率器件測試應用實驗室,主要負責產品的設計驗證,參數測試,可靠性驗證,系統(tǒng)分析,失效分析等,承擔美浦森產品的研發(fā)質量驗證。目前,美浦森VDMOSFET和碳化硅產品獲得60多項國家技術專利。
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