软启动

　　硬启动电路刚开始工作时，由于输出电容上并没有积蓄能量，因此电压很低，电路的反馈回路检测到低电压值时，将会采用宽的PWM来尽快使输出电压上升，但是此过程由于反馈回路反应很快，因此容易造成电流过冲，损坏电路元件。

　　应用软启动技术，优点在于：

　　输出电压上升的速度减慢，启动电流得到控制，从而保护了负载;

　　大大降低了对前级电源瞬输出态功率的要求;

　　ON大部分的器件支持软启动技术。

　　上下电顺序控制

　　建立和维持合适的电源环境对系统的正常运行至关重要，特别是FPGA、DSP、ARM等处理器的设计中，为了避免闩锁、浪涌电流或I/O争用等问题，可能需要多达4到5路或更多个电源按照规定的顺序和斜率进行上下电。此外，许多应用还要求上电顺序和缓上电斜率可调节，以适应各种不同的情况。

　　NCP3120/3221/3122/3123集成上下电控制功能，而且还支持级联工作。

　　电压模式控制和电流模式控制

　　控制开关DC-DC变换器的反馈回路和稳压特性有两种方法：电压模式控制和电流模式控制。

　　在电压模式控制中，变换器的占空因数正比于实际输出电压与理想输出电压之间的误差差值;在电流模式控制中，占空因数正比于额定输出电压与变换器控制电流函数之间的误差差值(控制电流可以是非隔离拓扑结构中的开关电流或隔离拓扑结构中的变压器初级电流)。

　　电压模式控制只响应输出(负载)电压的变化。这意味着变换器为了响应负载电流或输入线电压的变化，它必须“等待”负载电压的相应变化。这种等待延迟会影响变换器的稳压特性。

　　假若可以在单个变换周期内响应负载电流的变化，则“等待”问题和与电压模式控制有关的相应负载调整补偿可以消除，而用电流模式控制可以做到这点。电流模式控制在逐个脉冲上控制输出电流，换言之，电流模式控制比电压模式控制有着更优越的输入瞬态响应和输出瞬态响应。

　　开关模式与频率

　　MOS管常见的应用可能是电源中的开关元件，此外，它们对电源输出也大有裨益。服务器和通信设备等应用一般都配置有多个并行电源，以支持N+1 冗余与持续工作 （图1）。各并行电源平均分担负载，确保系统即使在一个电源出现故障的情况下仍然能够继续工作。不过，这种架构还需要一种方法把并行电源的输出连接在一起，并保证某个电源的故障不会影响到其它的电源。在每个电源的输出端，有一个功率MOS管可以让众电源分担负载，同时各电源又彼此隔离。起这种作用的MOS管被称为“ORing”FET，因为它们本质上是以 “OR” 逻辑来连接多个电源的输出。

　　图1：用于针对N+1冗余拓扑的并行电源控制的MOS管 在ORing FET应用中，MOS管的作用是开关器件，但是由于服务器类应用中电源不间断工作，这个开关实际上始终处于导通状态。其开关功能只发挥在启动和关断，以及电源出现故障之时。

　　相比从事以开关为核心应用的设计人员，ORing FET应用设计人员显然必需关注MOS管的不同特性。以服务器为例，在正常工作期间，MOS管只相当于一个导体。因此，ORing FET应用设计人员关心的是小传导损耗。

　　低RDS（ON） 可把BOM及PCB尺寸降至小

　　一般而言，MOS管制造商采用RDS（ON） 参数来定义导通阻抗;对ORing FET应用来说，RDS（ON） 也是重要的器件特性。数据手册定义RDS（ON） 与栅极 （或驱动） 电压 VGS 以及流经开关的电流有关，但对于充分的栅极驱动，RDS（ON） 是一个相对静态参数。

　　若设计人员试图开发尺寸小、成本低的电源，低导通阻抗更是加倍的重要。在电源设计中，每个电源常常需要多个ORing MOS管并行工作，需要多个器件来把电流传送给负载。在许多情况下，设计人员必须并联MOS管，以有效降低RDS（ON）。

　　需谨记，在 DC 电路中，并联电阻性负载的等效阻抗小于每个负载单独的阻抗值。比如，两个并联的2Ω 电阻相当于一个1Ω的电阻。因此，一般来说，一个低RDS（ON） 值的MOS管，具备大额定电流，就可以让设计人员把电源中所用MOS管的数目减至少。

　　除了RDS（ON）之外，在MOS管的选择过程中还有几个MOS管参数也对电源设计人员非常重要。许多情况下，设计人员应该密切关注数据手册上的安全工作区（SOA）曲线，该曲线同时描述了漏极电流和漏源电压的关系。基本上，SOA定义了MOSFET能够安全工作的电源电压和电流。在ORing FET应用中，首要问题是：在“完全导通状态”下FET的电流传送能力。实际上无需SOA曲线也可以获得漏极电流值。

　　若设计是实现热插拔功能，SOA曲线也许更能发挥作用。在这种情况下，MOS管需要部分导通工作。SOA曲线定义了不同脉冲期间的电流和电压限值。

　　注意刚刚提到的额定电流，这也是值得考虑的热参数，因为始终导通的MOS管很容易发热。另外，日渐升高的结温也会导致RDS（ON）的增加。MOS管数据手册规定了热阻抗参数，其定义为MOS管封装的半导体结散热能力。RθJC的简单的定义是结到管壳的热阻抗。细言之，在实际测量中其代表从器件结（对于一个垂直MOS管，即裸片的上表面附近）到封装外表面的热阻抗，在数据手册中有描述。若采用PowerQFN封装，管壳定义为这个大漏极片的中心。因此，RθJC 定义了裸片与封装系统的热效应。RθJA 定义了从裸片表面到周围环境的热阻抗，而且一般通过一个脚注来标明与PCB设计的关系，包括镀铜的层数和厚度。

　　开关电源中的MOS管　　现在让我们考虑开关电源应用，以及这种应用如何需要从一个不同的角度来审视数据手册。从定义上而言，这种应用需要MOS管定期导通和关断。同时，有数十种拓扑可用于开关电源，这里考虑一个简单的例子。DC-DC电源中常用的基本降压转换器依赖两个MOS管来执行开关功能（图2），这些开关交替在电感里存储能量，然后把能量释放给负载。目前，设计人员常常选择数百kHz乃至1 MHz以上的频率，因为频率越高，磁性元件可以更小更轻。

　　图2：用于开关电源应用的MOS管对。（DC-DC控制器）

　　显然，电源设计相当复杂，而且也没有一个简单的公式可用于MOS管的评估。但我们不妨考虑一些关键的参数，以及这些参数为什么至关重要。传统上，许多电源设计人员都采用一个综合品质因数（栅极电荷QG ×导通阻抗RDS（ON））来评估MOS管或对之进行等级划分。

　　栅极电荷和导通阻抗之所以重要，是因为二者都对电源的效率有直接的影响。对效率有影响的损耗主要分为两种形式--传导损耗和开关损耗。

　　栅极电荷是产生开关损耗的主要原因。栅极电荷单位为纳库仑（nc），是MOS管栅极充电放电所需的能量。栅极电荷和导通阻抗RDS（ON） 在半导体设计和制造工艺中相互关联，一般来说，器件的栅极电荷值较低，其导通阻抗参数就稍高。