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[分享] 重要检查点:MOSFET的VDS和IDS、输出整流二极管的耐压

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发表于 2019-8-30 08:10:20 | 显示全部楼层 |阅读模式
前项介绍了从绝缘型反激式转换器的机上设计开始,接着试作并进入评估,评估是否符合设计目标,也就是输出电压和效率等电源规格的话题。从这里,将就确认关于规格以外其他重要检查点进行说明。以下为预定说明项目。
・MOSFET的漏极电压和电流及输出整流二极管的耐压
・变压器的饱和
・Vcc电压
・输出瞬态响应和输出电压上升波形
・温度测量和损耗测量
・电解电容器


首先,说明通常规格的评估,并说明检查要点的区别。下表作为范例所使用电路的设计目标,经过多次测试后才达到。
参数
Min
Typ.
Max
単位
条件

输入电压
90
264
VAC

无负载时输入功率
50
mW
输入:100VAC/230VAC

输出电压
11.4
12
12.6
V

输出电流
1.5
A

输出纹波电压
100
mV
带宽20MHz

效率
80
%
输出:12V/1.5A

表格的项目或数值作为一般电源规格,其测量方法等已经说明。例如,输出电压设定条件后,先用电压表测量电压,测量值是设定上限和下限之内侧,就能判定符合规格。
然而,实际测量必须再详细一些,或是采用其他方式进行评估,事前确认潜在的问题或余量,对顺利进行量产非常重要。这个水平的评估需要“看什么、如何看”的经验和诀窍。
MOSFET的漏极电压和电流
右的图是例题所使用的内置MOSFET电源IC BM2P014输出段的内部模块以及一部分反激式转换器构造的外置电路。
内置MOSFET是让IC的DRAIN引脚接漏极、SOURCE引脚接源极。本MOSFET具有将变压器的1次侧进行开关向2次侧传送电能的作用,担负着产生作为电源输出的重要功能。
当然的,这里的开关工作或波形如果奇怪,也无法得到正常输出。
以下所示为本MOSFET(IC)的VDS和IDS。


左边是启动时的波形,右边是常态工作下的波形。启动时,输入电压会在达到工作电压后开始开关,VDS基本上会出现VIN+VOR和GND电位的开关波形。IDS则是和其连动。本波形,是大致上良好的示例。就其理由而言,启动后不易散乱且顺利转移至常态工作,也未因为开关产生相关峰波,未发现特殊状况,MOSFET也在额定值(650V)内。
右边常态工作时的波形放大了时间轴,能了解开关时的VDS和IDS的关系。在这里,确认各波形是可由电路构造设想的波形,以及未发生异常的峰波、振铃和振荡等。(电路工作或波形的详细内容,请参照“绝缘型反激式转换器的基础”。)
基本上确认VDS和IDS包含峰波或振铃在内,并未超过额定值。作为条件包括输入电压、负载电流、温度相关、上限和下限的测量矩阵。因而,可观察针对各条件的特性变动趋势,接着进一步根据电路工作和部件的特性加以证明,并将结果转化成以后的诀窍。
输出整流二极管的耐压
确认施加于先前所示的电路图2次侧上的输出整流二极管的Vr、反向电压是否有问题。本二极管中,以VIN×匝数比+VOUT的最大值作为反向电压。观察实际施加的电压未超过Vr额定值、未出现异常波形。(电路工作或波形的详细内容,请参照“绝缘型反激式转换器的基础”。)
右边的波形是输出整流二极管Vr的波形的示例。


实际观察的波形和电压、电流,完成和计算数值一样,但和教科书所教导的理想数值不同。特别是关于波形,存在着杂散的寄生电容值或电感值等外在妨碍因素,同时影响到测量方法。如果未具备足够的经验,根本无法判断观察结果是好是坏。不过,这时候厂商提供的评估板就能派上用场了。电路多少有些不同,但基本上工作仍然接近理想中的状态,将其和自己设计的基板相互比较,是较为现实的方法。
关键要点:
・确认MOSFET的VDS和IDS在额定值内,未出现异常的峰波和振荡。
・检查整流二极管施加电压在反向耐压Vr的额定值内与否及其波形如何。
・和厂商提供的评估板相互比较,是较为现实的方法。


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