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工程师原创文章 · 技术经验分享 · 项目案例解析

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功率器件结温和壳顶温度，差多少？

测量和校核开关电源、电机驱动以及一些电力电子变换器的功率器件结温，如MOSFET或IGBT的结温，是一个不可或缺的过程，功率器件的结温与其安全性、可靠性直接相关。测量功率器件的结温常用二种方法：1、热电偶2、红外热成像测温仪图1：热电偶图2：红外热成像测温仪为了提高热电偶的测量精度，需要对其做精确的温度补偿；热电偶本身要用特定的粘胶固定在测量器件的表面，固...
📅 2023-07-12 阅读全文 →

三电平三相VIENNA PFC基本原理

三电平三相VIENNA结构具有元件数量少、各相驱动信号不需要死区时间的优点，广泛应用于大功率电源的PFC中，如电动汽车充电桩，工业电源。图1：电动汽车充电桩图2：三电平三相VIENNA PFC电路1、基于单相PFC向三电平单相VIENNA PFC结构的演变图3的电路结构为正、负半周分别控制的单相PFC，经常应用于在线式UPS。图3：正、负半周分‍别控制的单...
📅 2023-07-12 阅读全文 →

功率MOSFET损坏模式及分析

摘要：本文结合功率MOSFET管失效分析图片不同的形态，论述了功率MOSFET管分别在过电流和过电压条件下损坏的模式，并说明了产生这样的损坏形态的原因，也分析了功率MOSFET管在关断及开通过程中，发生失效形态的差别，从而为失效是在关断还是在开通过程中发生损坏提供了判断依据。给出了测试过电流和过电压的电路图。同时，也分析了功率MOSFET管在动态老化测试中...
📅 2023-07-12 阅读全文 →

工作于线性区的功率MOSFET的设计（1）

1、概述在笔记本电脑主板、LCDTV主板、STB机顶盒等电子系统应用中，内部有不同电压的多路电源，通常需要采用功率MOSFET作为负载切换开关，控制不同电压的电源的上电时序；同时还有USB接口，用于输出5V电压，这些电源通常后面带有较大的电容，也需要负载开关，限制后面电容在上电的过程中充电产生的大的浪涌电流，以保护后面所带的负载芯片的安全，同时不会导致前面...
📅 2023-07-12 阅读全文 →

工作于线性区功率MOSFET的设计（2）：线性区负温度系数

1、线性区工作负温度系数特性功率MOSFET的转移特性如图1所示，VGS与电流ID曲线有一个温度系数为0的电压值5.5V，通常这个点就称为零温度系数点ZTC（Zero Temperature Coefficient）。VGS高于5.5V时，温度越高电流越小，功率MOSFET的RDS是正温度系数；VGS低于5.5V时，温度越高电流越大，功率MOSFET的的R...
📅 2023-07-12 阅读全文 →

工作于线性区功率MOSFET（3）：热插拨浪涌电流限制方法

通信设备和服务器中，在插入和拔出电路板和板卡进行维修或者调整容量时，系统必须能够保持正常工作。当后级的电路板和板卡接入前级电源系统时，由于后级电路输入端带有大的滤波电容，那么，在上电的瞬间电容相当于短路，大的电容充电电流和负载电流一起作用，产生大的浪涌电流，同时大的浪涌电流导致高的电流和电压变化率，对系统产生一系列的安全问题。（1）高的电流和电压变化率与回...
📅 2023-07-12 阅读全文 →

高功率密度快充及PD适配器电源结构（3）：非对称反激变换器

非对称反激变换器为另一种新型的高功率密度软开关变换器，其原边使用激磁电流实现上、下桥主功率管的ZVS零电压开关，次级整流管为ZCS零电流工作，适合于笔记本电脑PD适配器这种高频、高效和高功率密度的应用要求。这种变换器输出电压决定原边半桥的上管工作的导通时间，原边半桥的下管工作在COT固定导通时间，其导通时间由谐振频率所决定，非对称反激变换器电路结构如图1所...
📅 2023-07-12 阅读全文 →

工作于线性区功率MOSFET（4）：di/dt和dv/dt分开控制方法

‍‍题注‍‍：‍‍‍‍‍‍‍‍本文介绍的di/dt、dV/dt分开单独控制方法，不仅适用于负载开关，还广泛用于电机控制功率MOSFET或IGBT驱动电路：（1）调整驱动电路电阻RG，调整dV/dt（2）调整并联电容CGS，调整di/dt1、功率MOSFET的开关过程功率MOSFET的开通过程中可以分为4个阶段，关断过程的基本原理和开通过程相类似，以前的文章...
📅 2023-07-12 阅读全文 →

高功率密度快充及PD适配器电源结构（3）：GaN的优点、几种软开关反激比较

1、有源箝位反激变换器和非对称反激变换器的比较图1：有源箝位反激变换器的电路结构图2：非对称反激变换器的电路结构（1）有源箝位反激变换器的变压器需要储存输出所需的所有能量，由于输入电压通常在一定的范围内变化，因此变压器无法工作在最优的状态，变压器也无法进行最优化的设计。 在非对称反激变换器中，上管导通时，变压器和谐振电容同时储存能量，当能量从原边...
📅 2023-07-12 阅读全文 →

工作于线性区功率MOSFET（5）：分立负载开关及热插拨设计7步法

‍‍完整的分立负载开关及热插拨外围电路，如图1所示，包括如下元件：（1）G极电阻总和RG及其并联快关断二极管D1（2）功率MOSFET的G、S外加电容CGS1（3）G、D外加电容CGD1和电阻R‍GD‍RG为G极电阻总和，包括功率MOSFET内部电阻，驱动芯片上拉电阻，外加串联电阻RG1。图1：负载开关和热插拨完整外围电路‍其中，D1、CGD1和RGD为可...
📅 2023-07-12 阅读全文 →

使用一张图，看懂GaN功率管的结构及工作原理

‍使用一张图，看懂常开型、常关型GaN功率管结构及工作原理1、GaN和AlGaN材料特性不同，GaN和AlGaN构成的异质结的表面形成应力，由于晶体产生的压电效应，在GaN表层内部靠近结的一个薄层区域产生电子聚集，从而形成导电层，这个薄层的导电区域就是所谓的二维电子气2-DEG，如图中红色虚线和红色图例所示。2-DEG：Two Dimensional&nb...
📅 2023-07-12 阅读全文 →

功率MOSFET安全工作区，真的安全吗？

摘要：本文论述了功率MOSFET数据表中安全工作区每条曲线的含义，详细说明最大的脉冲漏极电流的定义。分析了基于环境温度、最大允许结温和功耗计算的安全工作区不能作为实际应用中MOSFET是否安全的标准原因。特别说明了功率MOSFET完全工作在线性区或较长的时间工作在线性区的应用中，必须采用实测的安全工作区理由。关键词：功率MOSFET;安全工作区;线性区;热...
📅 2023-07-12 阅读全文 →

功率MOSFET管Rds负温度系数对负载开关设计影响

摘要：本文论述了功率MOSFET管导通电阻的正温度系数和负温度系数的双重特性以及相对应的VGS的转折电压，功率MOSFET管在开通和关断时要跨越这两个区域的工作过程。说明了负载开关电路通过延长米勒平台的时间来限制输入浪涌电流的工作特点，分析了由于米勒平台工作于负温度系数区域，产生的开关损耗导致局部热不平衡从而形成局部热点的原因，并给出了局部热点损坏的显微图...
📅 2023-07-12 阅读全文 →

周末随想：功率半导体及内部电场强度

周末下午的时光总是紧张而又充实，这个时候可以静下心来，回顾过去一周的工作，思考过去一周的问题，理清过去一周的困惑。想到这样的一个问题：功率器件如功率MOSFET的雪崩和内部的电场强度密切相关，功率MOSFET的外延层承受外部的电压，当外加电压使其内部电场强度达到临界电场强强度，碰撞电离加剧从而发生雪崩，那么如何理解功率器件内部的电场强度呢？ 电场...
📅 2023-07-12 阅读全文 →

四管同步升降压变换器工作原理及设计

电子系统的一些应用中由于输入电压的变化，电源的输出可能低于输入电压也可能高于输入电压，对于非隔离的电源变换器，这时候要采用升降压的拓朴结构。常用的升降压拓朴结构SEPIC需要二个电压，中间还需要耦合电容，因此当输出功率较大时，电感和电容的体积大，成本高，而且整机系统效率差。四管同步BuckBoost升降压变换器为单电感结构，不需要耦合电容，尽管系统需要四个...
📅 2023-07-12 阅读全文 →

周末随想： 带隙（能隙）基准电压 Band Gap

DCDC或ACDC控制器的基准电压或参考电压也就是输出电压反馈管脚VFB对应的内部运放的基准电压，输出电压通过分压电阻连接到VFB管脚，在输入电压以及负载发生变化的时候，通过内部的调节，维持输出电压的稳定。如果环境温度发生变化，输出电压也要稳定，因此基准电压也要具有温度补偿特性，控制器内部通常使用带隙（能隙）基准电压。什么是带隙基准电压？先来看看PN结二极...
📅 2023-07-12 阅读全文 →

周末随想： 如何实现-12V输入到+5V输出?

这样的一个应用：-12V的输入，+5V的非隔离输出， 也就是负电压输入、正电压输出，应该采用什么结构的变换器？ 反激变换器可以实现上述的电压变换，但要用到变压器，如果不用变压器，那么是否有其它的更简单的方法？ 电源控制IC内部所有的电路都是以IC的地管脚为基准，如果将输入电压的负端,连接到IC控制器的地管脚，那么对于变换器而言，输入电压...
📅 2023-07-12 阅读全文 →

功率器件顶部为金属表面，如何用红外热成像仪测量温度?

智能手机电池包PCM通常使用功率MOSFET作充放电管理，功率MOSFET的工作的温度是非常重要的一个性能指明标，AOCR38232和器件2都是针对这个应用的二个功率MOSFET，其中，AOCR38232顶部材料为硅，器件2顶部材料为金属，如图1所示，相关参数如表1所示。表1：功率MOSFET参数 P/NAOCR38232器件2Typ.Rss@3...
📅 2023-07-12 阅读全文 →

汽车电子系统降压型BUCK变换器的设计技巧

目前高频高效的DCDC变换器在汽车电子系统中的应用越来越多。高的开关频率可以使用较小的功率电感和输出滤除电容，从而在整体上减小的系统的尺寸，提高系统的紧凑性，并降低系统的成本；高的工作效率可以提高汽车电池的使用时间，降低系统的功率损耗，从而减小系统的发热量，优化系统的热设计，并进一步提高系统的可靠性。但高的开关频率会降低系统的工作效率，因此在设计时必须在开...
📅 2023-07-11 阅读全文 →

周末随想，基础：示波器的采样率及存储深度

示波器都具有一定的带宽、采样率和存储深度，正确的选择具有合适的带宽、采样率和存储深度的示波器，才能保证波形测量的准确性。例如下面的这一款采样率2.5 GS/s 、带宽500MHz示波器。记录长度：62.5MPoints采样率：1.25GS/s，单通道。带宽：500MHz带宽请参考下文------如何正确测量MOSFET尖峰电压：探头及带宽设置 1...
📅 2023-07-11 阅读全文 →

​周末随想：PCB铜皮的面积和热阻

实际的应用中，DFN3*3、DFN5*6、SO8等封装类型的贴片元件，都会在PCB板器件位置的底部铺上一大片铜皮，然后器件底部框架的铜皮焊接在PCB的这一大片的铜皮上，加强散热。理论上，PCB板铜皮铺的面积越大，总热阻就越低，器件的温升就越低。由于PCB板上其他元件及PCB本身尺寸的限制，散热铜皮铺设的面积也就受到限制，那么铜皮铺设的面积最小要求多少，比较优...
📅 2023-07-11 阅读全文 →

​周末随想：BUCK变换器多层PCB热设计技巧

实际的应用中，很多降压型BUCK变换器，通常要利用连接到相应管脚的大片PCB铜皮来散热：单芯片的BUCK电源IC，主要利用IC的GND管脚，焊接到PCB的GND铜皮来散热；部分内部封装分立MOSFET的BUCK电源IC，以及采用分立方案的BUCK变换器，如使用控制器驱动分立MOSFET、Power Stage、Power Block或 DrMOS，都会利用开...
📅 2023-07-11 阅读全文 →

周末随想：PFC中功率MOSFET常见的一种失效形式

TV、户外LED照明等功率比较大的电源系统中，通常输入端使用PFC功率因素校正电路。系统反复起动的过程中，如系统动态老化Burn In测试、输入打火测试，由于PFC控制芯片的供电VCC电源建立过程比较慢，特别是使用PFC的电感绕组给PFC控制芯片供电的情况，会导致功率MOSFET管的驱动在起动的过程中，由于驱动电压不足，容易进入线性区工作，功率MOSFET...
📅 2023-07-11 阅读全文 →

基础知识：功率MOSFET输出电容为何会随着外加电压增加而降低？

功率MOSFET的输出电容是非常重要的一个参数，读过功率MOSFET数据表的工程师应该注意到：输出电容Coss会随着外加电压VDS的变化而变化，表现出非线性的特性，那么为什么会有这样的特性？ 众所周知，当电容二端的电压增加时，就会形成对电容的充电电流，电容二个电极上的电荷量也会增加，因此，电容二端电压的变化是通过二个电极上的电荷的变化来实现。电容...
📅 2023-07-11 阅读全文 →

为什么超结高压功率MOSFET输出电容的非线性特性更严重？

功率MOSFET的输出电容Coss会随着外加电压VDS的变化而变化，表现出非线性的特性，超结结构的高压功率MOSFET采用横向电场的电荷平衡技术，如图1所示。相对于传统的平面结构，超结结构将P型体区下沉，这样在其内部形成P柱，和N区非常宽的接触面产生宽的耗尽层，也就是空间电荷区，空间电荷区形成的电场，也就是横向电场，保证器件的耐压；同时，原来N区漂移层就可...
📅 2023-07-11 阅读全文 →

超结高压功率MOSFET的零电压ZVS关断特性

1、功率MOSFET常规的开关特性功率MOSFET在开通的过程中，当VGS的驱动电压从VTH上升到米勒平台VGP时间段t1-t2，漏极电流ID从0增加系统的最大的电流，VGS和ID保持由跨导GFS所限制的传输特性曲线的关系，而VDS的电压保持不变，这一个时间区域称为di/dt，主要由栅极总电阻RG和Ciss电容所控制。其中，米勒平台VGP的电压由跨导GFS...
📅 2023-07-11 阅读全文 →

超结高压功率MOSFET驱动参数对开关特性的影响

刘松 刘瞻 艾结华 曹雪 张龙 新一代的超结结构的功率MOSFET中有一些在关断的过程中沟道具有提前关断的特性，因此，它们的关断的特性不受栅极驱动电阻的控制，但是，并不是所有的超结结构的功率MOSFET都具有这样的特性，和它们内部结构、单元尺寸以及电压额定等多个因素相关。超结结构的功率MOSFET外围驱动电路的设计，通常需要外加一些元件和栅极电阻...
📅 2023-07-11 阅读全文 →

超结高压功率MOSFET驱动电路与EMI

刘松 刘瞻 艾结华 曹雪 张龙 功率MOSFET通常由PWM或其它模式的控制器IC内部的驱动源来驱动，为了提高关断的速度，实现快速的关断降低关断损耗提高系统效率，在很多ACDC电源、手机充电器以及适配器的驱动电路设计中，通常使用图1的驱动电路，使用合适的开通和关断电阻，并使用栅极下拉的PNP管。一些大功率ACDC电源有时为了提高驱动能力，外部会使...
📅 2023-07-11 阅读全文 →

寻根究底：PFC电路旁路二极管作用及MOSFET常见失效模式

刘松 刘瞻 卢森茂 艾结华 中大功率的ACDC电源都会采用有源功率因数校正PFC电路来提高其功率因数，减少对电网的干扰。在PFC电路中，常用的结构是BOOST电路，在实际的使用中，通常会加一个旁路二级管D2，如图1所示。旁路二级管D2的作用，不同的资料，不同的工程师，都有不同的解释，下面逐一分析说明。图1：PFC电路 1、减少PFC的二...
📅 2023-07-11 阅读全文 →

设计超低压差的BOOST变换器

在实际的应用中，电子系统会遇到一些超低压差的BOOST变换器，如基于USB供电的系统，由于考虑到USB线上的压降，会采用一个升压的BOOST变换器，将电压升到5V以上，如5.15V，5.2V或5.25V。通常USB口由于输出负载的影响以及主机USB电源管理功能的差异，其电压会在4.75V到5.1V之间波动，对于从4.5-5.1V的输入升到输出为5.15V的...
📅 2023-07-11 阅读全文 →