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由于BVDSS与MOSFET通态电阻RDS(on)有关,选择一个尽可能最低的BVDSS是很重要的,因为高的BVDSS将导致高的RDS(on),从而MOSFET的功耗将更高。
如今我们已经知道MOSFET的总功耗将决定放大器的效率。这些功耗是MOSFET的传导损耗,开关功耗以及栅极电荷损耗的总和。而且,MOSFET的结温TJ和散热片的大小取决于总功耗。因此,高功耗将导致结温增加,从而增加散热器的尺寸。
由于MOSFET的传导损耗直接与RDS(on)有关,对于标准的栅控MOSFET,通常该参数都将在数据页中给出,条件是25°C和VGS=10V。放大器工作期间,RDS(on)和漏电流决定了MOSFET的传导损耗,并可以容易地通过方程3计算出来。
由于RDS(on)与温度有关,在热设计中必须注意,以避免热量溢出。此外,所有工作条件下,结温TJ(max)都不能超过数据页中的规定值。因此,计算MOSFET的传导损耗时,必须采用TJ(max)和最大I D RMS 电流条件下的RDS(on)。从图2中可看到,较低的RDS(on)将导致较低的MOSFET传导损耗,从而将得到更高的D类放大器效率。
栅极电荷Qg是另一个直接影响MOSFET开关损耗的关键参数,较低的Qg将导致更快的开关速度和更低的栅极损耗。MOSFET的开关损耗定义为:
开关损耗是MOSFET导通和关断时开关时间所引起的,可以简单地通过将开关能量Esw与放大器的PWM开关频率fsw进行相乘而获得:
开关能量Esw通过下式获得:
式中,t为开关脉冲的长度。
利用放大器参数和MOSFET的数据页,可以通过公式7求得PSWITCHING。
式中,Vbus为放大器的总线电压,tr和tf则分别是MOSFET的上升和下降时间。Coss
为MOSFET的输出电容,Qr为MOSFET的体二极管反向恢复电荷,K为系数,该系数的引入原因是考虑到MOSFET的TJ以及特定的放大器条件,如IF和dIF/dt。相类似,栅极损耗可以通过下式获得:
式中为栅极驱动器的电压。
除了像MOSFET的开关延迟时间所引起的定时误差会影响放大器的线性度,Qg也会影响放大器的线性度。然而,相对于死区时间,由MOSFET开关所引起的定时误差就显得不太重要了,故可以通过选择合适的死区时间来大幅降低该误差。实际上,MOSFETQg对放大器的效率的影响要比对线性度的影响大得多。由于可以通过优化死区时间来改善线性度,应该降低Qg,这主要是为了实现较小的开关损耗,如图3所示。
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