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正激式开关电源MOS管选型

2026-01-22 15:56
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    前面说了反激式开关电源的MOS管选型,那我们现在来说一下100W正激式开关电源的MOS管选型过程;原路图如下所示:


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    第一步也是计算出MOS管的最大电压应力,上面我们说过,正激式开关电源的采用双绕组复位设计方案,也就是复位绕组和次级绕组一样,所以我们可以得到MOS管的理论关断电压Vds_theoretical=Vin_max Vreset=2*Vin_max=2*330=660V;由于变压器漏感会产生尖峰电压,所以通常我们都要预留20%-30%;所以MOS管的最大耐压值Vds_max=1.3*Vds_theoretical=1.3*660=858V;而我们选择MOS时需要Vds>Vds_max;所以我们可以查看市面上比较常见的MOS管,然后选择耐压值在900V及以上的MOS管。


    确定了MOS管的耐压值后,接下来要确定MOS管的电流应力以方便我们确定MOS管的电流规格,为了确保MOS管能承受开关过程中的电流,我们要计算出初级峰值电流,初级峰值电流我们可以通过次级峰值电流和变压器匝比的关系进行计算,变压器匝比我们前面得到n=18;而次级峰值电流我们可以次级平均电流和输出电感的电流纹波率之间的关系进行求取得到;纹波率我们一般采用典型值r=0.4;而次级平均电流可以通过输入功率和输入电压之间的关系来得到,所以我们首先要得到输入的平均电流Iin_avg=Pin/Vin_min=Po/(n*Vin_min)=100/0.85*220=0.535A;得到了平均电流,我们就可以得到次级峰值电流IL_peak=Io △IL/2=20 0.4*20/2=24A;然后我们将次级峰值电流通过匝数比折算到初级,得到折算后初级峰值电流I_primary_peak=24/18=1.333A;我们还要考虑励磁电流的因素,而励磁电流通常占15%;所以我们的初级峰值总电流Ipk=I_primary_peak*1.15=1.533A。


    接下来计算损耗和热评估,这个步骤的目的是为了验证我们选择的MOS管能否在预期温升的条件下稳定工作;MOS管损耗主要包括导通损耗和开关损耗两大类,根据公式导通损耗Pcond=I(rms)²*Rds(on)*Dmax;由于正激式变换器的初级电流波形为梯形波,所以I(rms)=Ipk*√(Dmax)*Kf=1.333*√(0.4)*0.9=0.873A;根据数据手册,900V耐压值的普通MOS管在常温下导通内阻在1.5-5Ω;超级结MOS管常温下导通内阻在0.25Ω,而在实际工作(100-125°C)时,导通内阻通常为常温下的1.5-1.8倍左右,所以Rds(on)=Rds(on)_hot/1.8=2.95/1.8=1.64Ω;所以我们可以选择内阻小于1.64Ω的MOS管;我们假设选择内阻为1.5Ω的MOS管,那么在100°C的条件下,我们按照典型值0.4%/°C来计算,那么从25°C到100°C,Rds(on)=1.5 1.5*0.004*75=1.95Ω;那么我们的导通损耗Pcond=0.873²*1.95*0.4=0.594W;开关损耗Psw=1/2*Vin_max*Ipk*(tr tf)*fsw=1.264W;所以总损耗Ptotal=0.594 1.264=1.858W。


   我们假设MOS管工作的最高环境温度Ta为50°C,我们期望MOS管最大承受的温度Tj要达到125°C,那么需要散热到环境中的热阻Rja=(Tj-Ta)/Ptotal=40.3°C/W;这个温度比较高,我们除去MOS管本身的Rja=2°C/W;剩下的需要通过PCB和散热器进行弥补。



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