美浦森MOSFET在PD市場(chǎng)中的應(yīng)用方案

美浦森MOSFET在PD市場(chǎng)中的應(yīng)用

隨著生活節(jié)奏的加快，手機(jī)電池容量加大，電池耗電加快，消費(fèi)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(jī)充電器在經(jīng)歷傳統(tǒng)的5V 1A、5V 2A常規(guī)規(guī)格后，已不能滿足當(dāng)下用戶對(duì)智能數(shù)碼設(shè)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(biāo)準(zhǔn)。在上游的推動(dòng)下，整個(gè)快充生態(tài)鏈已經(jīng)具備多達(dá)數(shù)百款手機(jī)、充電器、移動(dòng)電源、車充等產(chǎn)品。而實(shí)現(xiàn)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(dòng)電子設(shè)備配件，充電器體積必須做到小型化，以方便隨身攜帶，這對(duì)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(jiǎn)要闡述MOSFET在PD電源上選型注意事項(xiàng)。

在功率系統(tǒng)中，MOSFET可被看成電氣開關(guān)。當(dāng)在N溝道MOSFET的柵極和源極間加上正電壓時(shí)，其開關(guān)導(dǎo)通。導(dǎo)通時(shí)，電流可經(jīng)開關(guān)從漏極流向源極。漏極和源極之間存在一個(gè)內(nèi)阻，稱為導(dǎo)通電阻RDS(ON)。必須清楚MOSFET的柵極是個(gè)高阻抗端，因此，總是要在柵極加上一個(gè)電壓。如果柵極為懸空，器件將不能按設(shè)計(jì)意圖工作，并可能在不恰當(dāng)?shù)臅r(shí)刻導(dǎo)通或關(guān)閉，導(dǎo)致系統(tǒng)產(chǎn)生潛在的功率損耗。當(dāng)源極和柵極間的電 壓為零時(shí)，開關(guān)關(guān)閉，而電流停止通過器件。雖然這時(shí)器件已經(jīng)關(guān)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(jù)參數(shù)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(guān)電源低壓側(cè)開關(guān)中，應(yīng)采用N溝道MOSFET，這是出于對(duì)關(guān)閉或?qū)ㄆ骷桦妷旱目紤]。當(dāng)MOSFET連接到 總線及負(fù)載接地時(shí)，就要用高壓側(cè)開關(guān)。通常會(huì)在這個(gè)拓?fù)渲胁捎肞溝道MOSFET，這也是出于對(duì)電壓驅(qū)動(dòng)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(jì)算。

A、計(jì)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(jì)算過程：

Id=2Po/Vdc(min)*Dmax*η=2*65/90*0.45*0.9=3.57(A)，實(shí)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(shè)計(jì)要求。

最終，可選擇12A，650V或700V的管子。

3）計(jì)算MOSFET的損耗。

MOSFET在開關(guān)過程中，會(huì)產(chǎn)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(dǎo)通損耗

Pon=Id2 * Rds(on)*Ton*f

其中：

Rds(on) ：實(shí)際結(jié)溫下的導(dǎo)通電阻，可以通過查閱datasheet中的相關(guān)曲線獲得；

Id ：導(dǎo)通時(shí)的電流有效值；

Ton ：一個(gè)周期內(nèi)的導(dǎo)通時(shí)間；

f：開關(guān)頻率。

D：占空比，D＝Ton*f。

c、關(guān)斷損耗

關(guān)斷過程中的電壓、電流和功耗波形近似如下：

針對(duì)MOSFET在PD電源中的應(yīng)用，美浦森半導(dǎo)體已為您選好了常用對(duì)應(yīng)功率型號(hào)，以供工程師朋友參考：

A、30W PD(PPS):

B、45W PD(PPS):

C、65W PD(PPS):

FAIR

美浦森半導(dǎo)體成立于2008年，總部位于深圳市南山區(qū)，在韓國(guó)富川，深圳均設(shè)有研發(fā)中心。是一家集研發(fā)、設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、銷售和服務(wù)為一體的完整型產(chǎn)業(yè)鏈公司，國(guó)家級(jí)高新企業(yè)。公司產(chǎn)品包括中大功率場(chǎng)效應(yīng)管，SiC二極管、SIC MOSFET等系列產(chǎn)品。

2009年，美浦森半導(dǎo)體在韓國(guó)浦項(xiàng)投資興建FAB工廠，主營(yíng)POWER MOSFET及碳化硅產(chǎn)品的研發(fā)和生產(chǎn)。目前8英寸月產(chǎn)能12000片，6寸產(chǎn)能10000片，是東亞地區(qū)唯一的PLANNER 8英寸晶圓生產(chǎn)線，所有技術(shù)和科研人員均來自韓國(guó)SAMSUNG（三星）半導(dǎo)體和美國(guó)FAIRCHILD（仙童）半導(dǎo)體，在產(chǎn)品研發(fā)和生產(chǎn)制程方面具有豐富的行業(yè)經(jīng)驗(yàn)。

2014年在深圳建立半導(dǎo)體功率器件測(cè)試應(yīng)用實(shí)驗(yàn)室，主要負(fù)責(zé)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)驗(yàn)證，參數(shù)測(cè)試，可靠性驗(yàn)證，系統(tǒng)分析，失效分析等，承擔(dān)美浦森產(chǎn)品的研發(fā)質(zhì)量驗(yàn)證。目前，美浦森VDMOSFET和碳化硅產(chǎn)品獲得60多項(xiàng)國(guó)家技術(shù)專利。