WAYON維安高壓超結(jié)MOSFET，輕松解決LED電源浪涌-授權(quán)方案設(shè)計(jì)代理商KOYUELEC光與電子

LED作為新型照明光源，具有高效節(jié)能、工作壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，目前已廣泛使用于LED顯示、車(chē)用電子、生活照明等各種照明場(chǎng)景。LED恒流驅(qū)動(dòng)特征需要特定的AC-DC恒流驅(qū)動(dòng)電源，為了提高電源能效，LED的驅(qū)動(dòng)電源一般采用單級(jí)PFC的拓?fù)洹?/p>

圖一單級(jí)PFC拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

如圖一所示，單級(jí)PFC的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)在輸入端整流橋與高壓MOSFET之間沒(méi)有高容量的電解電容，在遭遇雷擊浪涌時(shí)，浪涌能量很容易傳輸?shù)組OSFET上，高壓MOSFET VDS易過(guò)電壓，此時(shí)MOSFET很容易發(fā)生雪崩現(xiàn)象。在開(kāi)關(guān)電源中，研發(fā)工程師要求MOSFET盡可能少發(fā)生或不發(fā)生雪崩。

雪崩是指MOSFET上的電壓超過(guò)漏源極額定耐壓并發(fā)生擊穿的現(xiàn)象。圖二為600V MOSFET的安全工作區(qū)示意圖，圖中紅色標(biāo)線(xiàn)為安全工作區(qū)的右邊界。雪崩發(fā)生時(shí)，漏源兩端的電壓超過(guò)額定BVDSS，并伴隨有電流流過(guò)漏源極，此時(shí)MOSFET工作在此邊界的右邊，超出安全工作區(qū)（SOA）。

圖二某600V MOSFET安全工作區(qū)（SOA）

如圖三所示雪崩測(cè)量電路及波形，一旦超出安全工作區(qū)，MOSFET功耗將大增。左圖為雪崩測(cè)試的標(biāo)準(zhǔn)電路，右圖為雪崩期間的運(yùn)行波形。MOSFET在關(guān)斷時(shí)因VDS電壓過(guò)高而進(jìn)入雪崩狀態(tài)，雪崩期間漏源極電壓電流同時(shí)存在，其產(chǎn)生的瞬時(shí)功耗達(dá)到數(shù)KW，會(huì)大大影響整個(gè)電源的可靠性。且雪崩期間，必須保證其溝道溫度不超過(guò)額定溝道溫度，否則容易導(dǎo)致器件過(guò)溫失效。

圖三雪崩測(cè)量電路及波形

那么，應(yīng)該如何避免MOSFET應(yīng)用時(shí)的雪崩破壞呢？從浪涌防護(hù)的角度來(lái)說(shuō)，電源工程師可以增加AC輸入端浪涌防護(hù)元件的規(guī)格，使AC前端器件防護(hù)元件吸收掉絕大部分浪涌能量，降低浪涌殘壓，如增加壓敏電阻的尺寸、選擇殘壓更低的壓敏以及增加RCD浪涌吸收電路等。另外，亦可選擇更高電流ID或者更高耐壓規(guī)格的MOSFET避免其自生發(fā)生雪崩，但更高的ID往往意味著更高的成本，故而，選擇更高耐壓規(guī)格成為一種更簡(jiǎn)易安全且極具性?xún)r(jià)比的方案。

圖四800V MOSFET浪涌測(cè)試波形

CH2 VDS （藍(lán)色 200V/div）

CH3 IDS （紫色 1A/div）

圖五650V MOSFET浪涌測(cè)試波形

CH2 VDS （藍(lán)色 200V/div）

CH3 IDS （紫色 1A/div）

圖四為使用耐壓為800V MOSFET的LED驅(qū)動(dòng)電源在浪涌發(fā)生的波形。圖五為耐壓為650V MOSFET的50W LED驅(qū)動(dòng)電源在浪涌發(fā)生時(shí)的波形，二者的浪涌測(cè)試條件完全相同。

圖四圖五中VDS波形突然升高的時(shí)刻即為浪涌來(lái)臨的瞬間，圖四中的VDS最大電壓為848V，圖五中VDS最大電壓為776V。雪崩消耗的能量來(lái)自于浪涌，圖五中650V MOSFET關(guān)斷期間還有較大的漏源電流流過(guò)，雪崩現(xiàn)象比較明顯。圖四中800V MOSFET在關(guān)斷期間電流為0，沒(méi)有發(fā)生雪崩現(xiàn)象，表明傳輸?shù)狡骷系睦擞磕芰坎蛔阋砸鹧┍?，可?jiàn)在該電源中使用800V耐壓的MOSFET大大提高了浪涌安全裕量，避免器件發(fā)生雪崩。

在LED驅(qū)動(dòng)電源，工業(yè)控制輔助電源等應(yīng)用中，電源工程師在設(shè)計(jì)浪涌防護(hù)時(shí)，可選擇耐壓更高的MOSFET，耐壓高的器件可將浪涌能量擋在AC 輸入端，讓輸入端口的MOV防護(hù)器件來(lái)吸收，避免MOSFET超過(guò)安全工作區(qū)。這樣可以大大提高整機(jī)電源的浪涌防護(hù)能力。

LED作為21世紀(jì)的綠色照明產(chǎn)品，正在大量取代傳統(tǒng)的光源。依托龐大的LED市場(chǎng)，國(guó)產(chǎn)器件在SJ MOSFET領(lǐng)域替換進(jìn)口品牌的潛力極大。維安結(jié)合市場(chǎng)和客戶(hù)的需求，在產(chǎn)品工藝、封裝上持續(xù)創(chuàng)新，針對(duì)LED照明領(lǐng)域通用的800V以上耐壓的規(guī)格，在產(chǎn)品系列、規(guī)格尺寸上也更加齊全。

表一 維安800V SJ-MOSFET 主推規(guī)格列表

上述表格中，03N80M3,05N80M3可以應(yīng)用在浪涌要求較高的輔助電源中，比如工業(yè)380VAC輸入的3-5W輔助電源。相比650V規(guī)格，其浪涌能力明顯提高；相比平面工藝的2N80規(guī)格，導(dǎo)通電阻明顯降低，溫升和效率性顯著提升。

審核編輯黃昊宇