如何使用TI提供的選擇工具選擇合適的 MOSFET器件

1.前言

如何為開關(guān)模式電源 (SMPS) 應(yīng)用選擇最合適的場(chǎng)效應(yīng)晶體管 (FET) ，是非常困難的。根據(jù)數(shù)據(jù)表規(guī)格預(yù)測(cè)電路性能是一個(gè)乏味的過程?，F(xiàn)在，借助在線設(shè)計(jì)工具團(tuán)隊(duì)，TI 提供了一個(gè)基于網(wǎng)絡(luò)的選擇工具，可幫助我們權(quán)衡各種 MOSFET 的成本和性能權(quán)衡。該工具使用上述應(yīng)用筆記中的公式，因此僅專門涵蓋同步降壓轉(zhuǎn)換器拓?fù)洹Ｈ欢?，由于這種拓?fù)浣^對(duì)是用于實(shí)現(xiàn)分立 FET 的最流行的非隔離 DC/DC 拓?fù)洌虼怂匀恢С执罅康碾娫唇K端應(yīng)用。

2.使用TI工具選擇合適的MOSFET

基本上，該工具的工作原理如下。首先，用戶將從 TI 控制器列表中進(jìn)行選擇，或通過輸入自定義參數(shù)來構(gòu)建自己的控制器（圖 1）。然后他們將輸入各種應(yīng)用條件（輸入電壓、輸出電壓、輸出電流和開關(guān)頻率，如果控制器支持該選項(xiàng)）。就是這樣！從那里，該工具為我們完成所有計(jì)算！

圖 1：使用此界面，我們可以輸入最終應(yīng)用程序的參數(shù)和控制器

單擊提交按鈕后，該工具將確定支持輸入電壓的最小 FET 擊穿電壓，并按功率損耗對(duì)所有潛在的 TI FET 解決方案進(jìn)行排名（圖 2）。列表中越高，該插座的功率損耗越小。

圖 2：圖 1 所示輸入?yún)?shù)的解決方案，按功率損耗排序

排名中的解決方案包括一系列分立選項(xiàng)以及電源塊解決方案——垂直集成到一個(gè)封裝中的單個(gè)半橋。我們為什么會(huì)對(duì)電源塊解決方案感興趣？除了占用空間減少和功率密度優(yōu)勢(shì)外，與兩個(gè)分立式 FET 相比，它們的堆疊芯片硅技術(shù)可實(shí)現(xiàn)優(yōu)化的熱布局和更低的寄生源電感。該應(yīng)用說明說明寄生源電感會(huì)對(duì)總系統(tǒng)開關(guān)損耗產(chǎn)生重大影響，尤其是當(dāng)我們驅(qū)動(dòng)到更高頻率時(shí)。因此，重要的是 NexFET 功率 MOSFET 選擇工具足夠智能以解決共源電感 (L CSI) 在計(jì)算損失時(shí)，因?yàn)檫@樣做有效地顯示了功率塊的一些可衡量的優(yōu)勢(shì)。

我想就應(yīng)該如何使用該工具以及不應(yīng)該如何使用該工具提出最后幾點(diǎn)。作為損失和價(jià)格（可能還有規(guī)模）的相對(duì)比較機(jī)制，它是最有效的。它使我們能夠快速評(píng)估第一手解決方案之間的權(quán)衡，并做出最適合我們的決定。例如，讓我們回顧一下圖 1 和圖 2。乍一看，我們可能會(huì)選擇 CSD86330Q3D 電源塊，因?yàn)樗撬薪鉀Q方案中最高效的（基于最低的功率損耗）。但是往下看 CSD87331Q3D，我們會(huì)看到一個(gè)解決方案，雖然總損耗高出 4%，但也便宜 34%（以 1000 件為單位）。最重要的是，CSD87331Q3D 具有 30V 擊穿電壓 (BV DSS) 相對(duì)于 25V CSD86330Q3D，這將使我們的 18V 輸入具有更大的裕度。或者也許設(shè)計(jì)者并不關(guān)心 SON3x3 封裝更??；由于終端設(shè)備的熱環(huán)境惡劣，他們可能會(huì)擔(dān)心將約 2W 的功率耗散到較小的封裝中。在這種情況下，也許他們會(huì)選擇 5mm x 6mm CSD87352Q5D。關(guān)鍵是該工具使設(shè)計(jì)師能夠自己做出決定。

在任何情況下，用戶都不應(yīng)假設(shè)該工具對(duì)于他們將在我們的電路板上看到的損耗是 100% 準(zhǔn)確的，因?yàn)樵摴ぞ邿o法預(yù)測(cè)的其他因素（環(huán)境溫度、電路板布局考慮）也會(huì)影響該最終值。在發(fā)布該工具之前，在線設(shè)計(jì)工具團(tuán)隊(duì)進(jìn)行了多項(xiàng)驗(yàn)證研究，發(fā)現(xiàn)與測(cè)量損失相比，預(yù)測(cè)損失通常在 5-10% 之內(nèi)——但絕對(duì)確定地預(yù)測(cè)損失并不是該工具的意圖。

在這一點(diǎn)上，該工具僅根據(jù)擊穿電壓考慮將設(shè)備從其排名建議中刪除。如果有人愿意，它可以提供足夠的自由來設(shè)計(jì)一些非常不切實(shí)際的東西。例如，該工具中沒有任何內(nèi)在建議不要在以 10MHz 切換時(shí)將 10W 的功率耗散到單個(gè) SON5x6 FET 中，但祝我們好運(yùn)，在不熔化印刷電路板 (PCB) 的情況下嘗試使其在真正的電路板上工作. 盡管該工具在減少同時(shí)預(yù)測(cè)數(shù)十個(gè)解決方案的功率損耗所需的時(shí)間和精力方面非常出色，但仍需要用戶方面的一些智能才能產(chǎn)生穩(wěn)定的設(shè)計(jì)。

我希望我們下次需要為降壓應(yīng)用選擇 FET（或電源塊）器件時(shí)，有機(jī)會(huì)使用此工具，并且我們會(huì)發(fā)現(xiàn)它和我一樣有用且省時(shí)。