功率场效应管串联和并联
场效电晶体可以说是最重要的组件出现在电力电子,因为它们用于切换和整改。在参考设计时,经常见到的是这些表现为单个元素或多个元素在推挽式/桥电路。在生产设计,规范一个MOSFET限制可靠性和性能,很有可能你会看到多个场效应管作为一个单独的开关或整流元素安排在一起。可以安排在一起使用时,场效应管串联或并联,就像其他组件。
这些组件串联或并联运行的能力允许设计师来控制系统的功率流的行为。而不是寻找更大的场效应管,小场效电晶体可以通过串联或并联连接提供相同的功能。另一个好处是更大的可靠性,但危险的寄生创建破坏力如果系统交付不合格的模拟。
在串联和并联使用场效应管
就像其他电路元素,可以安排在串联和并联mosfet。这涉及到连接源和排水终端在不同的MOSFET组件在一起来创建一个等效电路所需的功率输出特性。场效电晶体之间所需的终端连接串联和并联下图所示。
系列(左)和并行N-MOSFETs(右)安排。
左边的安排(系列)看起来很像推挽安排缓冲电路,除了电路使用相同类型的MOSFET无处不在,所有MOSFET的驱动信号同步电路。同样的适用于一个平行排列,这是很重要的,确保寄生在这些组件可以占。
串联和并联的设计效果mosfet的安排下表所示。串联/并联安排的好处而不是单一的大场效应管跨度主要在电行为和冷却的好处。
好处 |
系列 |
平行 |
电 |
传播跨多个mosfet开关损耗 |
增加的总电流,可以送到一个负载 |
热 |
传播跨多个场效电晶体散热 |
传播跨多个场效电晶体散热 |
冷却串联/并联mosfet
一旦连接电路,冷却策略需要设计。这些电路中使用的冷却策略应该利用任何暴露的die-attached垫包装上的说明(如果可用)。如果安装在董事会,垫可以连接到一个内部平面。然而,如果安装直立,场效电晶体可以共享一个散热片安装在印刷电路板上,如下所示。
在更高的电力系统,一个更复杂的冷却策略涉及球迷可能是必要的。这可能还需要附件添加的鳍或入口。更积极的策略包括直接传导冷却到外壳,可能有热界面材料。
瞬态响应
所涉及的主要挑战使用串联和并联mosfet电路中寄生。寄生已经困难与个人MOSFET开关快速边缘率,但寄生串联/并联MOSFET电路可以在操作过程中结合产生强烈的振动。这种情况尽管许多低上升时间开关mosfet在电力电子应用中使用。
有两个简单的方法来抑制这些电路的振荡:
- 添加少量的阻力(几欧姆)来弥补R_ON mosfet的价值很低
- 地方mosfet彼此尽可能减少跟踪电感的PCB布局
第一个策略中可以找到许多参考设计;它增加了一些阻尼的瞬态振荡发生在切换。虽然稍微减慢功率输出,它将阻止一个振荡兴奋MOSFET损毁其他场效电晶体。这些点可以限定在一个简单的香料模拟。
在串联和并联模拟场效电晶体
并联电路元素简单的线和模拟香料。mosfet的串联和并联,主仿真工具用于系统资格瞬态分析。这个模拟的目的是检查时域输出给定一个输入电源和开关/整改行动的MOSFET数组。直接从这个仿真,可以想象任何瞬态振荡输出电压/电流传输到负载。
SPICE-based模拟的问题是很难量化的效果跟踪电感连接数组的mosfet。这很重要,因为它将决定大终端之间的连接在一个MOSFET必须以确保稳定的功率输出。策略之一就是遍历一系列可能的引线电感值的MOSFET模型,这将占领先+跟踪电感。灵敏度分析和参数扫描是最好的工具来使用的,因为它将使输出结果覆盖和比较在同一图。
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