在升压变换器中利用新型MOSFET减少开关损耗

图5通态电阻比较

图6关断波形比较

图7关断损耗比较

图8栅极电压Vgs关断波形

耗，提高效率，主要途径是：

　　（1）选用低开关损耗的MOSFET；

　　（2）选用低等效串联电阻（ESR）的电容器C1和C5；

　　（3）选用低等效电阻的电感线圈L1；

　　（4）选用低导通电阻和低通态电压的二极管D1。

　　关于L1和输出电容C5数值选择可根据式（7）和式（9）求出。输出电流IO=PO/VO=70W/120V≈0.6A，开关周期Ts=1/fs=1/80kHz=12.5μs，Vi=50V，设最大占空比Dmax=0.73，代入式（7）可得：L=×0.73×12.5×10－6

=2.5×10－3H=2.5mH

　　纹波电压Δvo=120V×1％=1.2V，VO=120V，DTs=9.1μs，设负载电阻R=200Ω，代入式（9）可得：C5==4.55μF

　　考虑在输出负载瞬时变化时能安全运行，可选用500μF/200V低ESR的电容器。

　　选用低损耗的MOSFET是提高升压变换器效率的关键一环。目前快捷公司推出的新一代MOSFET—QFET系列产品，则具有低损耗特征。

32QFET的主要特点

　　QFET是新一代MOSFET。在芯片结构上，采用了条状P＋槽（或P＋阱）替代了传统MOSFET有源区中的蜂窝状P＋槽，并形成柱面结，从而在相同的击穿电压下可使用较低电阻率的外延层（N－），因而有较低的导通电阻Rds(on)。同时，通过对栅极氧化层的控制，有较低的栅极电荷Qg。

　　在QFET系列产品中，FQP10N20(200V/10A)适合于在彩色显示器电源中用作开关。FQP10N20采用TO220封装，Rds(on)=0.28Ω（典型值），Qg=13.5nC（典型值），与电压和电流容量相同并采用相同封装的普通MOSFET比较，Rds(on)减少近20％，Qg约减小40％。图4和图5分别为FQP10N20与普通MOSFET的Rds(on)和Qg比较曲线。

33采用QFET替代普通MOSFET的效果

　　在图3所示的升压变换器中，当工作条件相同时，采用FQP10N20与普通器件其开关关断波形比较如图6所示。从图6可知，QFET的Vds电压上升时间和Id电流下降时间要比电压与电流容量相当的普通MOSFET都快。

　　图7为FQP10N20与普通MOSFET关断损耗波形比较。波形面积与器件关断期间的能耗成正比，由于QFET的波形面积小于普通MOSFET，故有较低的关断损耗。图8示出了关断期间栅－源极之间电压Vgs的波形对比。由于QFET有较小的栅极电荷，所以Vgs的关断下降时间比普通MOSFET短。

　　图9为在不同工作频率下对升压变换器测试所获得的数据绘制的效率曲线。由图9可知，采用FQP10N20(QFET)替代普通MOSFET，效率有（2～4）％的提高。并且随频率增加，QFET对效率的改进更加明显。

图9在相同工作条件下效率比较

4结语

　　设计高效开关电源，重点是选用低开关损耗的功率MOSFET。快捷半导体推出的QFET新一代MOSFET，具有低开通电阻和小栅极电荷特性，实现了低开关损耗和驱动损耗，从而提高了电源效率。