开关电源的 mosfet 选择.docx

- -
. 优选-
开关电源的 MOSFET 选择
DC/DC 开关控制器的 MOSFET 选择是一个复杂的过程。仅仅考虑 MOSFET 的额定电压和电流并缺乏以选择到适宜的 MOSFET。要想让 MOSFET 维持在规定范围以内，必须在低栅极电荷和低导通电阻之间取得平衡。在多负载电源系统中，这种情况会变得更加复杂。图 1—降压同步开关稳压器原理图
DC/DC 开关电源因其高效率而广泛应用于现代许多电子系统中。例如，同时拥有一个高侧 FET和低侧 FET 的降压同步开关稳压器，如图 1 所示。这两个 FET 会根据控制器设置的占空比进展开关操作，旨在到达理想的输出电压。降压稳压器的占空比方程式如下：1) 占空比 (高侧FET,上管) = Vout/(Vin*效率)
占空比 (低侧FET，下管) = 1 – DC (高侧FET)FET 可能会集成到与控制器一样的同一块芯片中，从而实现一种最为简单的解决方案。但是，为了提供高电流能力及〔或〕到达更高效率，FET 需要始终为控制器的外部元件。这样便可以实现最大散热能力，因为它让FET物理隔离于控制器，并且拥有最大的 FET 选择灵活性。它的缺点是 FET 选择过程更加复杂，原因是要考虑的因素有很多。一个常见问题是“为什么不让这种 10A FET 也用于我的 10A 设计呢？〞答案是这种 10A 额定电流并非适用于所有设计。选择 FET 时需要考虑的因素包括额定电压、环境温度、开关频率、控制器驱动能力和散热组件面积。关键问题是，如果功耗过高且散热缺乏，那么 FET 可能会过热起火。我们可以利用封装/散热组件 ThetaJA 或者热敏电阻、FET 功耗和环境温度估算某个 FET 的结温，具体方法如下：3) Tj = ThetaJA * FET 功耗〔PdissFET〕 + 环境温度〔Tambient〕它要求计算 FET 的功耗。这种功耗可以分成两个主要局部：AC 和 DC 损耗。这些损耗可以通过以下方程式计算得到：4) AC损耗: AC 功耗〔PswAC〕 = ½ * Vds * Ids * (trise + tfall)/Tsw其中，Vds 为高侧 FET 的输入电压，Ids 为负载电流，trise 和 tfall 为 FET 的升时间和降时间，而Tsw 为控制器的开关时间〔1/开关频率〕。5) DC 损耗: PswDC = RdsOn * Iout * Iout * 占空比其中，RdsOn 为 FET 的导通电阻，而 Iout 为降压拓扑的负载电流。其他损耗形成的原因还包括输出寄生电容、门损耗，以及低侧 FET 空载时间期间导电带来的体二极管损耗，但在本文中我们将主要讨论 AC 和 DC 损耗。开关电压和电流均为非零时