電源系統(tǒng)開關控制器的 MOSFET 選擇

DC/DC開關控制器的MOSFET選擇是一個復雜的過程。僅僅考慮MOSFET的額定電壓和電流并不足以選擇到合適的MOSFET。要想讓MOSFET維持在規(guī)定范圍以內，必須在低柵極電荷和低導通電阻之間取得平衡。在多負載電源系統(tǒng)中，這種情況會變得更加復雜。

DC/DC開關電源因其高效率而廣泛應用于現(xiàn)代許多電子系統(tǒng)中。例如，同時擁有一個高側FET和低側FET的降壓同步開關穩(wěn)壓器，如圖1所示。這兩個FET會根據(jù)控制器設置的占空比進行開關操作，旨在達到理想的輸出電壓。降壓穩(wěn)壓器的占空比方程式如下：
占空比(高側FET)=VOUT/(VIN*效率)                             (1)

占空比(低側FET)=1－DC(高側FET)                           (2)

圖1  降壓同步開關穩(wěn)壓器原理圖

FET可能會集成到與控制器一樣的同一塊芯片中，從而實現(xiàn)一種最為簡單的解決方案。但是，為了提供高電流能力及（或）達到更高效率，F(xiàn)ET需要始終為控制器的外部元件，這樣便可以實現(xiàn)最大散熱能力。因為它讓FET物理隔離于控制器，并且擁有最大的FET選擇靈活性。缺點是FET選擇過程更加復雜，原因是要考慮的因素有很多。

一個常見問題是“為什么不讓這種10A FET也用于我的10A設計呢？”答案是這種10A額定電流并非適用于所有設計。選擇 FET 時需要考慮的因素包括額定電壓、環(huán)境溫度、開關頻率、控制器驅動能力和散熱組件面積。關鍵問題是，如果功耗過高且散熱不足，則FET可能會過熱起火。用戶可以利用封裝/散熱組件ThetaJA或者熱敏電阻、FET功耗和環(huán)境溫度估算某個FET的結溫，具體方法如下：

Tj=ThetaJA×FET功耗（PdissFET）+環(huán)境溫度（Tambient）              (3)

它要求計算FET的功耗。這種功耗可以分成兩個主要部分：AC和DC損耗。這些損耗可以通過下列方程式計算得到：

AC損耗:AC功耗（PswAC）=1/2×Vds×Ids×(trise+tfall)/Tsw     (4)

其中，Vds為高側FET的輸入電壓，Ids為負載電流，trise和tfall為FET的升時間和降時間，而Tsw為控制器的開關時間（1/開關頻率）。

DC損耗:PswDC=RDSON ×IOUT×IOUT×占空比             (5)

其中，RDSON為FET的導通電阻，而IOUT為降壓拓撲的負載電流。

其他損耗形成的原因還包括輸出寄生電容、門損耗，以及低側FET空載時間期間導電帶來的體二極管損耗，但在本文中將主要討論AC和DC損耗。
 

閱讀全文請點擊下載PDF和在線閱讀>>

 http://www.epc.com.cn/free_test/index_new.htm