WAYON維安高壓超結MOSFET輕松解決LED電源浪涌

LED作為新型照明光源，具有高效節(jié)能、工作壽命長等優(yōu)點，目前已廣泛使用于LED顯示、車用電子、生活照明等各種照明場景。LED恒流驅動特征需要特定的AC-DC恒流驅動電源，為了提高電源能效，LED的驅動電源一般采用單級PFC的拓撲。

圖一單級PFC拓撲結構

如圖一所示，單級PFC的拓撲結構在輸入端整流橋與高壓MOSFET之間沒有高容量的電解電容，在遭遇雷擊浪涌時，浪涌能量很容易傳輸?shù)組OSFET上，高壓MOSFET VDS易過電壓，此時MOSFET很容易發(fā)生雪崩現(xiàn)象。在開關電源中，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，圖中紅色標線為安全工作區(qū)的右邊界。雪崩發(fā)生時，漏源兩端的電壓超過額定BVDSS，并伴隨有電流流過漏源極，此時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。左圖為雪崩測試的標準電路，右圖為雪崩期間的運行波形。MOSFET在關斷時因VDS電壓過高而進入雪崩狀態(tài)，雪崩期間漏源極電壓電流同時存在，其產(chǎn)生的瞬時功耗達到數(shù)KW，會大大影響整個電源的可靠性。且雪崩期間，必須保證其溝道溫度不超過額定溝道溫度，否則容易導致器件過溫失效。

圖三雪崩測量電路及波形

那么，應該如何避免MOSFET應用時的雪崩破壞呢？從浪涌防護的角度來說，電源工程師可以增加AC輸入端浪涌防護元件的規(guī)格，使AC前端器件防護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)格成為一種更簡易安全且極具性價比的方案。

圖四800V MOSFET浪涌測試波形

CH2 VDS （藍色 200V/div）

CH3 IDS （紫色 1A/div）

圖五650V MOSFET浪涌測試波形

CH2 VDS （藍色 200V/div）

CH3 IDS （紫色 1A/div）

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

圖四圖五中VDS波形突然升高的時刻即為浪涌來臨的瞬間，圖四中的VDS最大電壓為848V，圖五中VDS最大電壓為776V。雪崩消耗的能量來自于浪涌，圖五中650V MOSFET關斷期間還有較大的漏源電流流過，雪崩現(xiàn)象比較明顯。圖四中800V MOSFET在關斷期間電流為0，沒有發(fā)生雪崩現(xiàn)象，表明傳輸?shù)狡骷系睦擞磕芰坎蛔阋砸鹧┍溃梢娫谠撾娫粗惺褂?00V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驅動電源，工業(yè)控制輔助電源等應用中，電源工程師在設計浪涌防護時，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防護器件來吸收，避免MOSFET超過安全工作區(qū)。這樣可以大大提高整機電源的浪涌防護能力。

LED作為21世紀的綠色照明產(chǎn)品，正在大量取代傳統(tǒng)的光源。依托龐大的LED市場，國產(chǎn)器件在SJ MOSFET領域替換進口品牌的潛力極大。維安結合市場和客戶的需求，在產(chǎn)品工藝、封裝上持續(xù)創(chuàng)新，針對LED照明領域通用的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，導通電阻明顯降低，溫升和效率性顯著提升。

審核編輯：湯梓紅