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以较高的开关频率在负载点 (POL) 应用中工作

时间:09-26 来源:电子产品世界 点击:

p 33 的几乎无阶跃。阶跃的差别是 Power Clip 33 的 LS 源极电感更低的一个直接迹象。这验证了表3中的预测。

除了开关速度考虑,低 LS 源极电感也最大限度地减少了 Vsw负脉冲信号,这发生在 HS 关闭时。 在图15中,注意 Power Clip 33 封装的Vsw负脉冲信号减少了 50%。 过大的 Vsw负脉冲信号会对驱动器造成压力,或者导致不稳定的驱动器行为和潜在的电路故障。 这在高负载电流瞬变期间尤其让人忧心。 HS 开关损耗往往由关损耗主导,这受到 HS 源极电感的强烈影响。

如表3所示,Power Clip HS 源极电感比备用设计少 1/3。 HS 源极电感似乎难于从开关波形直接确定。 源极电感的一个指示是 HS 开启时在 HS 栅极 (G) 波形中发生的电压瞬变。 这一瞬变归因于在 HS V_GS 测量的 LS*dID/dt。在图 14 中,对于 Power Clip 封装 Vsw上升地较快,表明 dID/dt 更快。 两个设计都在 HS V_GS 中显示出 4.8 V 的下降。如果在 dID/dt 更快时具有同等的下降,则表示 HS 源极电感更低。

如图10所示,由于其增强的封装设计、更小的尺寸和增强的引脚配置,Power Clip 33 预期因环路面积减小而拥有更低的总高频 (HF) 开关环路电感。

总高频环路电感可以通过 HS 和 LS MOSFET 波形共振实验测量计算得出,使用 MOSFET Coss从 LC 共振中为 L 求解。 对于图 14 的测量,分立Mosfet的总 AC 环路电感是 1.3 nH,而 Power Clip 的是 0.70 nH,降低了几乎 50%。 Vsw上升时间更快和振铃频率更高都是因为 Power Clip 33 的总 AC 环路电感更低。

寄生的高频开关环路电感在整个 HS MOSFET 中对根据 Vds测量的振铃有显著影响。 请注意在图15中,Power Clip 封装的过冲减少了 33%。

图 14 和图15中的所有数据均使用差分探头进行测量。 强烈建议使用高带宽 (BW) 差分探头准确地测量 HS FET 波形。

热性能

Power Clip 33 的热性能表现在一系列板设计上。 FDPC8011S 拥有从结到外壳/电路板的非常有效的热传递。 板热阻是限定封装温度上升以及相应的电流能力的主导因数。 HS 漏极朝下和 LS 源极朝下的 Power Clip 在典型的板设计中提供到两个大铜箔的良好热连接,V+ 和 GND。 为了实现最佳性能,使用 vias 增强到板 Vcc和 PGND 板架的热互连。 有关最佳设计实践的一个更详细的讨论,请参见FDPC8011S 数据手册的“应用信息”部分。

图16和图17显示分立式Mosfet和 Power Clip 封装的相关温度性能。 这一特性描述在一个可与服务器类产品设计相媲美的厚铜电路板上完成。 额定电流的一个常见性能指标是高于环境温度 40 °C 的 Tj上升。 在 65 °C 环境温度下,将产生 105 °C 的 Tj。如图16所示,对于这一评测板,更小占位面积的 FDPC8011S 在分立Mosfet电流能力的 10% 内。 鉴于分立Mosfet的较大占位面积,这是一项卓越的性能。

设计的额定温度基于 HS 和 LS MOSFET 温度的最大值。 对于该设计,图17显示,HS MOSFET 温度上升对于分立设计和 Power Clip 设计来说都是限制性参数。

三个备用设计的热阻数据表值如表4所示。 为标准的 1 平方英寸测试板上描绘的部件指定 RΘJA 的额定值。 一个典型的电源 PCB 拥有比测试板更低的热阻。表5显示在厚铜和薄铜评测板上测量的 RΘJA值。 分立Mosfet和 Power Clip 的最大额定电流在薄型铜板上较低,因为具有更高的热阻。 表5所示的热阻值同时描绘了结到环境和晶圆之间的耦合。 参考资料Error! Reference source not found.详细介绍如何执行这些测量,以及如何使用产生的热矩阵预测给定功率损耗的 HS 和 LS TJ。

结论

结合先进硅和 Power Clip 封装技术,FDPC8011S Power Clip 33 MOSFET 大大减少了封装寄生参数并超越了之前的分立式 Power 33 / Power 56 或 Power Stage 56 Dual 组合的 A/mm2性能。 在同步整流降压应用中,Power Clip 33 MOSFET 能够以比分立Mosfet更高的频率和效率在 20 A 负载下运行。

功率损耗降低,使得操作频率和效率更高。 因此,与传统的分立式 MOSFET 解决方案相比,Power Clip 33 MOSFET 可以节省 42% 的总面积。

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