美浦森MOSFET在PD市场中的应用方案

美浦森MOSFET在PD市场中的应用 

                      随着生活节奏的加快，手机电池容量加大，电池耗电加快，消费者迫切需要一种快速充电方案，缓解充电的烦恼，从而催生了快速充电器的发展和普及。此前，手机充电器在经历传统的5V 1A、5V 2A常规规格后，已不能满足当下用户对智能数码设备快充的需求，迎来了以高通QC、MTK PE、USB PD为主的三大快充标准。在上游的推动下，整个快充生态链已经具备多达数百款手机、充电器、移动电源、车充等产品。而实现快速充电必然需要加大充电功率，或提高电压（如QC快充），或提高电流（如PD快充）。大功率意味着充电器体积的增加，作为移动电子设备配件，充电器体积必须做到小型化，以方便随身携带，这对电源效率，温升提出了更高的要求，所以催生了同步整流的发展。

目前代表性的快充解决方案以PI，Iwatt，OB，Richtek为主，均采用同步整流，以提高电源效率，降低温度。

下面简要阐述MOSFET在PD电源上选型注意事项。

在功率系统中，MOSFET可被看成电气开关。当在N沟道MOSFET的栅极和源极间加上正电压时，其开关导通。导通时，电流可经开关从漏极流向源极。漏极和源极之间存在一个内阻，称为导通电阻RDS(ON)。必须清楚MOSFET的栅极是个高阻抗端，因此，总是要在栅极加上一个电压。如果栅极为悬空，器件将不能按设计意图工作，并可能在不恰当的时刻导通或关闭，导致系统产生潜在的功率损耗。当源极和栅极间的电 压为零时，开关关闭，而电流停止通过器件。虽然这时器件已经关闭，但仍然有微小电流存在，这称之为漏电流，即IDSS。作为电气系统中的基本部件，工程师如何根据参数做出正确选择呢？

下面将讨论如何通过四步来选择正确的MOSFET。

1）沟道的选择。

在开关电源低压侧开关中，应采用N沟道MOSFET，这是出于对关闭或导通器件所需电压的考虑。当MOSFET连接到 总线及负载接地时，就要用高压侧开关。通常会在这个拓扑中采用P沟道MOSFET，这也是出于对电压驱动的考虑。

2）电压和电流的选择。

 这里以65W PD电源为例说明电压和电流如何计算。

A、计算条件：

Vin: 90-264VAC/47-63HZ；Vo: 5V3A/9V3A/12V3A/15V3A/20V3.25A；Dmax取0.45，最小工作效率η为90%。

B、计算过程：

Id=2Po/Vdc(min)*Dmax*η=2*65/90*0.45*0.9=3.57(A)，实际工作中选(2-3)Id,取12A;  

Vdss=Vor(nVo)+Vdc(max)+150(余量值)=20*4.5+264*1.414+150=613<650(V),选取650V或700V的管子即可满足设计要求。

最终，可选择12A，650V或700V的管子。

3）计算MOSFET的损耗。

   MOSFET在开关过程中，会产生一定的损耗，主要包括以下几部分：

a、开通损耗

   开通过程中的电压、电流和功耗波形近似如下：

Pswitch-on = 1/2* Vdsid*(t2-t0)*f

b、导通损耗

Pon=Id2 * Rds(on)*Ton*f

其中：

Rds(on) ：实际结温下的导通电阻，可以通过查阅datasheet中的相关曲线获得；

Id ：导通时的电流有效值；

Ton ：一个周期内的导通时间；

f：开关频率。

D：占空比，D＝Ton*f。

c、关断损耗

   关断过程中的电压、电流和功耗波形近似如下：

  针对MOSFET在PD电源中的应用，美浦森半导体已为您选好了常用对应功率型号，以供工程师朋友参考：

A、30W PD(PPS):

B、45W PD(PPS):

C、65W PD(PPS):

FAIR

美浦森半导体成立于2008年，总部位于深圳市南山区，在韩国富川，深圳均设有研发中心。是一家集研发、设计、生产、销售和服务为一体的完整型产业链公司，国家级高新企业。公司产品包括中大功率场效应管，SiC 二极管、SIC MOSFET等系列产品。

2009年，美浦森半导体在韩国浦项投资兴建FAB工厂，主营POWER MOSFET及碳化硅产品的研发和生产。目前8英寸月产能12000片，6寸产能10000片，是东亚地区唯一的PLANNER 8英寸晶圆生产线，所有技术和科研人员均来自韩国SAMSUNG（三星）半导体和美国FAIRCHILD（仙童）半导体，在产品研发和生产制程方面具有丰富的行业经验。       

2014年在深圳建立半导体功率器件测试应用实验室，主要负责产品的设计验证，参数测试，可靠性验证，系统分析，失效分析等，承担美浦森产品的研发质量验证。目前，美浦森VDMOSFET和碳化硅产品获得60多项国家技术专利。