U D max U Imax 1.4 1.5UOR 20V
• TOPSwitch—XX系列单片开关电源在230V交流固定输入时， MOSFET的漏极上各电压参数的电位分布如图3所示，占空比D≈26％。 此时 u=230V±35V，即umax=265V，UImax=umax≈375V，UOR=135V， UB=1．5 UOR≈200V，UBM=1．4UB=280V，UDmax=675V，最后再留出25V 的电压余量，因此U(BR)DS=700V。实际上 U(BR)DS也具有正向温度系 数，当环境温度升高时U(BR)DS也会升高，上述设计就为芯片耐压值提 供了额外的裕量。
• PMOS的特性，Vgs小于一定的值就会导通，适合用于源 极接VCC时的情况(高端驱动)。但是，虽然PMOS可以很方便地 用作高端驱动，但由于导通电阻大，价格贵，替换种类少等 原因，在高端驱动中，通常还是使用NMOS.
工作原理
• 做电源设计，或者做驱动方面的电路，难免要用到MOS管。MOS 管有很多种类，也有很多作用。做电源或者驱动的使用，当然就是用 它的开关作用。 • 无论N型或者P型MOS管，其工作原 •理本质是一样的。MOS管是由加在输入 •端栅极的电压来控制输出端漏极的电 •流。MOS管是压控器件它通过加在栅极 •上的电压控制器件的特性，不会发生 •像三极管做开关时的因基极电流引起 •的电荷存储效应，因此在开关应用中， •MOS管的开关速度应该比三极管快。其 •主要原理如图：
1)漏极上各电压参数的电位分布
下面分析输入直流电压的最大值UImax、一次绕组的感应电压UOR 、钳位电压UB与UBM、最大漏极电压UDmax、漏一源击穿电压U(BR)DS 这6个电压参数的电位分布情况。对于TOPSwitch—XX系列单片开关电 源，其功率开关管的漏一源击穿电压U(BR)DS≥700V，现取下限值 700V。感应电压UOR=135V(典型值)。本来钳位二极管的钳位电压UB只 需取135V，即可将叠加在UOR 上由漏感造成的尖峰电压吸收掉，实际 却不然。UB参数值仅表示工作在常温、小电流情况下的数值。实际上 钳位二极管(即瞬态电压抑制器TVS)还具有正向温度系数，它在高温 、大电流条件下的钳位电压UBM要远高于UB。实验表明，二者存在下 述关系：
2)漏极钳位保护电路的设计(粗略版)
•漏极钳位保护电路主要有以下4种设计方案(电路参见图4)：
• (1)利用瞬态电压抑制器TVS(P6KE200) 和阻塞二极管(超陕恢复 二极管UF4005) 组成的TVS、VD型钳位电路，如(a)图所示。图中的Np 、NS和NB分别代表一次绕组、二次绕组和偏置绕组。但也有的开关电 源用反馈绕组NF来代替偏置绕组NB。 • (2)利用阻容吸收元件和阻塞二极管组成的R、C、VD型钳位电路 ，如(b)图所示。 • (3)由阻容吸收元件、TVS和阻塞二极管构成的R、C、TVS、VD型 钳位电路，如(c)图所示。 • (4)由稳压管(VDZ)、阻容吸收元件和阻塞二极管(快恢复二极管 FRD)构成的VDz、R、C、VD型钳位电路，如(d)图所示。
• 在MOS管原理图上可以看到，漏极和源极之间有一个寄生二极管 。这个叫体二极管，在驱动感性负载(如马达)，这个二极管很重要。 顺便说一句，体二极管只在单个的MOS管中存在，在集成电路芯片内 部通常是没有的。
MOS管导通特性
•导通的意思是作为开关，相当于开关闭合。
• NMOS的特性，Vgs大于一定的值就会导通，适合用于源 极接地时的情况(低端驱动)，只要栅极电压达到4V或10V就可 以了。
p沟道 mos管 符号பைடு நூலகம்
• 对于这两种增强型MOS管，比较常用的是NMOS.原因是导通电阻 小，且容易制造。所以开关电源和马达驱动的应用中，一般都用 NMOS.下面的介绍中，也多以NMOS为主。
• MOS管的三个管脚之间有寄生电容存在，这不是我们需要的，而 是由于制造工艺限制产生的。寄生电容的存在使得在设计或选择驱动 电路的时候要麻烦一些，但没有办法避免，后边再详细介绍。
• 我们在开关电源中常用MOS管的漏极开路电路，如图漏极原封不 动地接负载，叫开路漏极，开路漏极电路中不管负载接多高的电压， 都能够接通和关断负载电流。是理想的模拟开关器件。这就是MOS管 做开关器件的原理。当然MOS管做开关使用的电路形式比较多了。
NMOS管的开路漏极电路
• 在开关电源应用方面，这种应用需要MOS管定期导通和关断。比 如，DC-DC电源中常用的基本降压转换器依赖两个MOS管来执行开关功 能，这些开关交替在电感里存储能量，然后把能量释放给负载。我们 常选择数百kHz乃至1MHz以上的频率，因为频率越高，磁性元件可以 更小更轻。在正常工作期间，MOS管只相当于一个导体。因此，我们 电路或者电源设计人员最关心的是MOS的最小传导损耗。 • 我们经常看MOS管的PDF参数，MOS管制造商采用RDS(ON)参数来 定义导通阻抗，对开关应用来说，RDS(ON)也是最重要的器件特性。 数据手册定义RDS(ON)与栅极(或驱动)电压VGS以及流经开关的电流有 关，但对于充分的栅极驱动，RDS(ON)是一个相对静态参数。一直处 于导通的MOS管很容易发热。另外，慢慢升高的结温也会导致RDS(ON) 的增加。MOS管数据手册规定了热阻抗参数，其定义为MOS管封装的半 导体结散热能力。
12小组
组员：林富城 陈景湘 洪可帆 林梦杰
漏极钳位保护电路
•开关电源漏极钳位保护电路的作用是每当功率开关管 (MOSFET)由导通变成截止时，在开关电源的一次绕组上 就会产生尖峰电压和感应电压。其中的尖峰电压是由于 高频变压器存在漏感(即漏磁产生的自感)而形成的，它 与直流高压UI和感应电压UOR叠加在MOSFET的漏极上，很 容易损坏MOSFET。为此，必须在增加漏极钳位保护电路 ，对尖峰电压进行钳位或者吸收。 •散热器的作用则是将单片开关电源内部产生的热量及时 散发掉，避免因散热不良导致管芯温度超过最高结温， 使开关电源无法正常工作，甚至损坏芯片。
常用钳位二极管和阻塞二极管的选择附表2
MOS管
MOS管种类和结构
• MOSFET管是FET的一种(另一种是JFET)，可以被制造成增强型或 耗尽型，P沟道或N沟道共4种类型，但实际应用的只有增强型的N沟道 MOS管和增强型的P沟道MOS管，所以通常提到NMOS,或者PMOS指的就是 这两种。
n沟道 mos管 符号
•其发热情况有：
• 1.电路设计的问题，就是让MOS管工作在线性的工作状态，而不 是在开关状态。这也是导致MOS管发热的一个原因。如果N-MOS做开关 ，G级电压要比电源高几V，才能完全导通，P-MOS则相反。没有完全 打开而压降过大造成功率消耗，等效直流阻抗比较大，压降增大，所 以U*I也增大，损耗就意味着发热。这是设计电路的最忌讳的错误。 • 2.频率太高，主要是有时过分追求体积，导致频率提高，MOS管 上的损耗增大了，所以发热也加大了。 • 3.没有做好足够的散热设计，电流太高，MOS管标称的电流值， 一般需要良好的散热才能达到。所以ID小于最大电流，也可能发热严 重，需要足够的辅助散热片。 • 4.MOS管的选型有误，对功率判断有误，MOS管内阻没有充分考 虑，导致开关阻抗增大。
• 上述方案中以(c)的保护效果最佳，它能 充分发挥TVS响应速度极快、可承受瞬态高能 量脉冲之优点，并且还增加了RC吸收回路。鉴 于压敏电阻器(VSR) 的标称击穿电压值(U1nA) 离散性较大，响应速度也比TVS慢很多，在开 关电源中一般不用它构成漏极钳位保护电路。 • 需要指出，阻塞二极管一般可采用快恢 复或超快恢复二极管。但有时也专门选择反向 恢复时间较长的玻璃钝化整流管1N4005GP，其 目的是使漏感能量能够得到恢复，以提高电源 效率。玻璃钝化整流管的反向恢复时间介于快 恢复二极管与普通硅整流管之间，但不得用普 通硅整流管1N4005来代替lN4005GP。
U B M 1.4U B
• 这表明UBM大约比UB高40％。为防止钳位二极管对一次侧感应电 压UOR也起到钳位作用，所选用的TVS钳位电压应按下式计算：
U B 1.5U OR
• 此外，还须考虑与钳位二极管相串联的阻塞二极管VD的影响。 VD一般采用快恢复或超快恢复二极管，其特征是反向恢复时间(trr) 很短。但是VDl在从反向截止到正向导通过程中还存在着正向恢复时 间(tfr)，还需留出20V的电压余量。 • 考虑上述因素之后，计算TOPSwitch一 最大漏一源极电压的经 验公式应为：