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同步整流器中MOSFET的双向导电特性和整流损耗研究

第22卷第3期2002年3月         

中 国 电 机 工 程 学 报

Proceedings of the CSEE

       

Vol.22No.3Mar.2002

ν2002Chin.S oc.for Elec.Eng.

文章编号:025828013(2002)0320088206

同步整流器中MOSFET的

双向导电特性和整流损耗研究

胡宗波,张 波

(华南理工大学电力学院,广东广州510640)

STU DY ON BI2DIRECTIONAL CON D UCTIBI L IT Y AN D POWER LOSS OF POWER MOSFETS IN SY NCHR ON OUS RECTIFIERS

HU Z ong2bo,ZHAN G Bo

(Electric Engineering College of South China University of Technology,Guangzhou510640,China)

ABSTRACT:For the first time this paper studies power MOS2 FET s’bi2directional conductibility and works out the com plete bi2 directional I d-V ds output characteristics of power MOSFET s based on theoretical analysis and experiments,which provides the basis for power MOSFET s’practical application in synchronous rectifier. S ince the efficiency of synchronous rectification de pends on the recti2 fying dissipation of power MOSFET s,based on the equivalent power loss model of power MOSFET,the interrelation of rectifying losses of power MOSFET s with model parameters,gate drive v oltage V gs on and switching frequency is exammed,and synchronous rectification efficiency characteristics are presented for the first time in this pa2 per.In addition,rectifying losses in power MOSFET s and Schottkies are compared in high current output cases and the conce pt of parallel connection of power MOSFET s is proposed in such cases.The work done will give much help in the choice of switching frequency,gate drive v oltage V gs on and single2transistor operation or multi2transistor parallel connection of power MOSFET s.

KE Y WOR DS:synchronous rectification;MOSFET(Metallic Oxide Semicohductor Field E ffect Transistor);bi2directional conductibility;power loss

摘要:该文从理论和实验上研究了MOSFET的双向导电特性,得出了完整的双向漏源电压电流特性曲线,为MOSFET 在同步整流中的实际应用奠定了理论基础。同步整流效率取决于MOSFET整流损耗,为此,该文基于MOSFET的等效损耗模型,深入研究了MOSFET整流损耗与其参数、栅极驱动电压和开关工作频率的相互关系,得到MOSFET同步整流效率曲线。此外,文中还对输出大电流时MOSFET整流损耗和肖特基二极管整流损耗进行了比较,提出了大电流运行时多管MOSFET并联整流方式。该文的工作对同步整流器中开关频率、栅极驱动电压、单管或多管并联运行方式的选择具有实际指导意义。

关键词:同步整流;金属氧化物半导体场效应晶体管;双向导电;功率损耗

中图分类号:TM1   文献标识码:A

1 引言

随着计算机、通信技术的发展,低电压大电流开关电源成为目前一个重要的研究课题。在低电压大电流功率变换器中,传统的普通二极管或肖特基二极管整流方式,由于整流二极管的正向导通压降大,整流损耗成为变换器的主要损耗,已无法满足低电压大电流开关电源高效率、小体积的需要。

MOSFET导通电阻低、开关时间短、输入阻抗高,成为低电压大电流功率变换器首选的整流器件。根据MOSFET的控制特点,产生了同步整流这一新型的整流技术。然而,同步整流要求MOSFET 具有双向导电特性。但是,对于MOSFET的导电特性,大多数文献,包括国内的参数和互换手册[1]、国外著名公司的数据手册[2]等,均仅给出MOSFET 的单向导电特性曲线。大多数的应用研究,也都是利用了MOSFET的单向导电特性。对于MOSFET 的双向导电特性,鲜有文献详细介绍,更没有实验的范例和证明。

同步整流器的效率取决于MOSFET整流损耗的大小,但MOSFET的整流损耗分析比较复杂,它既与其等效模型的参数有关,又与栅极驱动电压、

同步整流器中MOSFET的双向导电特性和整流损耗研究