開關變壓器工作原理,開關電源mos管選型-KIA MOS管
信息來源:本站 日期:2025-07-10
開關變壓器是開關電源中的核心組件,工作頻率通常為十幾至幾百千赫茲,采用鐵氧體磁芯以適配高頻脈沖狀態。
開關電源變壓器是高頻電路中的電力設備,主要用于電壓變換、絕緣隔離及功率傳遞。
變壓器通過開關管構成間歇振蕩器,將直流電轉換為高頻脈沖,按工作模式分為反激式(儲能釋放能量)和正激式(導通直接供電)。根據輸入脈沖特性可分為單激式(單極性輸入)與雙激式(雙極性輸入)。
工作原理
單激式變壓器開關電源等效電路如圖所示,把直流輸入電壓通過控制開關通、斷的作用,看成是一序列直流脈沖電壓,即單極性脈沖電壓,直接給開關變壓器供電。
在一般的電源變壓器電路中,當電源變壓器兩端的輸入電壓為0時,表示輸入端是短路的,因為電源內阻可以看作為0;而在開關變壓器電路中,當開關變壓器兩端的輸入電壓為0時,表示輸入端是開路的,因為電源內阻可以看作為無限大。
正激式變壓器開關電源原理圖
正激式變壓器開關電源,是指當變壓器的初級線圈正在被直流電壓激勵時,變壓器的次級線圈正好有功率輸出。
圖中Ui是開關電源的輸入電壓,T是開關變壓器,K是控制開關,L是儲能濾波電感,C是儲能濾波電容,D2是續流二極管,D3是削反峰二極管,R是負載電阻。
MOS管在電源管理中的作用
高效開關控制:在DC-DC轉換器(如Buck、Boost電路)中,MOS管作為高頻開關,通過快速導通/關斷調節輸出電壓,提升轉換效率。
功耗管理:利用低導通電阻(RDS(on))特性減少導通損耗,尤其在低電壓大電流場景(如鋰電池供電設備)中顯著降低發熱。
電壓穩壓與保護:在LDO(低壓差穩壓器)中配合控制芯片穩定電壓,并通過過流、過壓保護電路防止器件損壞。
反向電流阻斷:在電源路徑中防止電流倒灌,保護敏感元件(如USB OTG應用中的VBUS隔離)。
開關電源mos管如何選擇?
1. 電壓參數
VDS(漏源擊穿電壓):需高于電路最大電壓+30%~50%余量(如12V系統選30V以上)。
VGS(柵源耐壓):確保驅動電壓(如5V/10V)不超過MOS管極限(如±20V)。
2. 電流能力
連續電流(ID):根據負載最大電流選擇(如5A負載選ID≥8A的MOS管)。
脈沖電流(ID_pulse):應對瞬間峰值(如電機啟動電流),需留足余量。
3. 導通電阻(RDS(on))
低RDS(on)優先:例如,12V/10A應用中,RDS(on)=10mΩ的MOS管導通損耗僅1W(P=I2R),而50mΩ則損耗達5W。
權衡成本與性能:超低RDS(on)的MOS管價格較高,需根據散熱條件合理選擇。
4. 開關速度
柵極電荷(Qg):高頻應用(如>100kHz開關頻率)選擇Qg較小的型號(如20nC),以降低驅動損耗。
開關時間(td(on)/td(off)):影響EMI和效率,需匹配驅動電路(如使用專用柵極驅動IC)。
5. 熱管理
封裝類型:TO-220(帶散熱片,適用10W以上)、SOT-23(小功率)、DFN(緊湊型高散熱)。
結溫(Tj)與熱阻(RθJA):計算功率損耗(P= I2RDS(on) + 開關損耗),確保結溫<125℃(工業級)。
應用場景選擇
同步整流:選擇低Qg的MOS管(如OptiMOS系列)提升反接效率。
高邊開關:需兼容自舉電路,選用邏輯電平MOS管(VGS(th)<2.5V)。
電池保護:優先選擇低靜態電流的MOS管(如<1μA)。
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