開關(guān)變壓器工作原理,開關(guān)電源mos管選型-KIA MOS管
信息來源：本站 日期：2025-07-10
開關(guān)變壓器是開關(guān)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(tài)。
開關(guān)電源變壓器是高頻電路中的電力設(shè)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(guān)管構(gòu)成間歇振蕩器，將直流電轉(zhuǎn)換為高頻脈沖，按工作模式分為反激式（儲(chǔ)能釋放能量）和正激式（導(dǎo)通直接供電）。根據(jù)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(guān)電源等效電路如圖所示，把直流輸入電壓通過控制開關(guān)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(guān)變壓器供電。
在一般的電源變壓器電路中，當(dāng)電源變壓器兩端的輸入電壓為0時(shí)，表示輸入端是短路的，因?yàn)殡娫磧?nèi)阻可以看作為0；而在開關(guān)變壓器電路中，當(dāng)開關(guān)變壓器兩端的輸入電壓為0時(shí)，表示輸入端是開路的，因?yàn)殡娫磧?nèi)阻可以看作為無限大。
正激式變壓器開關(guān)電源原理圖
正激式變壓器開關(guān)電源，是指當(dāng)變壓器的初級(jí)線圈正在被直流電壓激勵(lì)時(shí)，變壓器的次級(jí)線圈正好有功率輸出。
圖中Ui是開關(guān)電源的輸入電壓，T是開關(guān)變壓器，K是控制開關(guān)，L是儲(chǔ)能濾波電感，C是儲(chǔ)能濾波電容，D2是續(xù)流二極管，D3是削反峰二極管，R是負(fù)載電阻。
MOS管在電源管理中的作用
高效開關(guān)控制：在DC-DC轉(zhuǎn)換器（如Buck、Boost電路）中，MOS管作為高頻開關(guān)，通過快速導(dǎo)通/關(guān)斷調(diào)節(jié)輸出電壓，提升轉(zhuǎn)換效率。
功耗管理：利用低導(dǎo)通電阻（RDS(on)）特性減少導(dǎo)通損耗，尤其在低電壓大電流場景（如鋰電池供電設(shè)備）中顯著降低發(fā)熱。
電壓穩(wěn)壓與保護(hù)：在LDO（低壓差穩(wěn)壓器）中配合控制芯片穩(wěn)定電壓，并通過過流、過壓保護(hù)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(hù)敏感元件（如USB OTG應(yīng)用中的VBUS隔離）。
開關(guān)電源mos管如何選擇？
1. 電壓參數(shù)
VDS（漏源擊穿電壓）：需高于電路最大電壓+30%~50%余量（如12V系統(tǒng)選30V以上）。
VGS（柵源耐壓）：確保驅(qū)動(dòng)電壓（如5V/10V）不超過MOS管極限（如±20V）。
2. 電流能力
連續(xù)電流（ID）：根據(jù)負(fù)載最大電流選擇（如5A負(fù)載選ID≥8A的MOS管）。
脈沖電流（ID_pulse）：應(yīng)對(duì)瞬間峰值（如電機(jī)啟動(dòng)電流），需留足余量。
3. 導(dǎo)通電阻（RDS(on)）
低RDS(on)優(yōu)先：例如，12V/10A應(yīng)用中，RDS(on)=10mΩ的MOS管導(dǎo)通損耗僅1W（P=I2R），而50mΩ則損耗達(dá)5W。
權(quán)衡成本與性能：超低RDS(on)的MOS管價(jià)格較高，需根據(jù)散熱條件合理選擇。
4. 開關(guān)速度
柵極電荷（Qg）：高頻應(yīng)用（如>100kHz開關(guān)頻率）選擇Qg較小的型號(hào)（如20nC），以降低驅(qū)動(dòng)損耗。
開關(guān)時(shí)間（td(on)/td(off)）：影響EMI和效率，需匹配驅(qū)動(dòng)電路（如使用專用柵極驅(qū)動(dòng)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(jié)溫（Tj）與熱阻（RθJA）：計(jì)算功率損耗（P= I2RDS(on) + 開關(guān)損耗），確保結(jié)溫<125℃（工業(yè)級(jí)）。
應(yīng)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(guān)：需兼容自舉電路，選用邏輯電平MOS管（VGS(th)<2.5V）。
電池保護(hù)：優(yōu)先選擇低靜態(tài)電流的MOS管（如<1μA）。
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