美浦森MOSFET在PD市場中的應用方案

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(jīng)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(shù)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(jīng)具備多達數(shù)百款手機、充電器、移動電源、車充等產(chǎn)品。而實現(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(jīng)開關從漏極流向源極。漏極和源極之間存在一個內(nèi)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?shù)臅r刻導通或關閉，導致系統(tǒng)產(chǎn)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(jīng)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(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。

在開關電源低壓側(cè)開關中，應采用N溝道MOSFET，這是出于對關閉或?qū)ㄆ骷桦妷旱目紤]。當MOSFET連接到 總線及負載接地時，就要用高壓側(cè)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(qū)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(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(nèi)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):

B、45W PD(PPS):

C、65W PD(PPS):

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(chǎn)、銷售和服務為一體的完整型產(chǎn)業(yè)鏈公司，國家級高新企業(yè)。公司產(chǎn)品包括中大功率場效應管，SiC二極管、SIC MOSFET等系列產(chǎn)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(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(chǎn)品研發(fā)和生產(chǎn)制程方面具有豐富的行業(yè)經(jīng)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(chǎn)品的設計驗證，參數(shù)測試，可靠性驗證，系統(tǒng)分析，失效分析等，承擔美浦森產(chǎn)品的研發(fā)質(zhì)量驗證。目前，美浦森VDMOSFET和碳化硅產(chǎn)品獲得60多項國家技術專利。