大功率電源中MOSFET功率計算
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計算功率耗散
要確定一個MOSFET場效應(yīng)管是否適于某一特定應(yīng)用，需要對其功率耗散進行計算。耗散主要包括阻抗耗散和開關(guān)耗散：PDDEVICETOTAL=PDRESISTIVE+PDSWITCHING
由于MOSFET的功率耗散很大程度上取決于其導(dǎo)通電阻(RDS(ON))，計算RDS(ON)看似是一個很好的著手之處。但MOSFET的導(dǎo)通電阻取決于結(jié)溫TJ。返過來，TJ又取決于MOSFET中的功率放大器耗散和MOSFET的熱阻(ΘJA)。這樣，很難確定空間從何處著手。由于在功率耗散計算中的幾個條件相互依賴，確定其數(shù)值時需要迭代過程(圖1)。
這一過程從首先假設(shè)各MOSFET的結(jié)溫開始，同樣的過程對于每個MOSFET單獨進行。MOSFET的功率耗散和允許的環(huán)境溫度都要計算。
當(dāng)允許的周圍溫度達到或略高于電源封裝內(nèi)和其供電的電路所期望的最高溫度時結(jié)束。使計算的環(huán)境溫度盡可能高看似很誘人，但這通常不是一個好主意。這樣做將需要更昂貴的MOSFET、在MOSFET下面更多地使用銅片，或者通過更大或更快的風(fēng)扇使空氣流動。所有這些都沒有任何保證。
在某種意義上，這一方案蒙受了一些“回退”。畢竟，環(huán)境溫度決定MOSFET的結(jié)溫，而不是其他途徑。但從假設(shè)結(jié)溫開始所需要的計算，比從假設(shè)環(huán)境溫度開始更易于實現(xiàn)。
對于開關(guān)MOSFET和同步整流器兩者，都是選擇作為此迭代過程開始點的最大允許裸片結(jié)溫(TJ(HOT))。大多數(shù)MOSFET數(shù)據(jù)參數(shù)頁只給出25°C的最大RDS(ON)，，但近來有一些也提供了125°C的最大值。MOSFETRDS(ON)隨著溫度而提高，通常溫度系數(shù)在0.35%/°C至0.5%/°C的范圍內(nèi)(圖2)。如果對此有所懷疑，可以采用更悲觀的溫度系數(shù)和MOSFET在25°C規(guī)格參數(shù)(或125°C的規(guī)格參數(shù)，如果有提供的話)計算所選擇的TJ(HOT)處的最大RDS(ON)：RDS(ON) HOT =RDS(ON) SPEC ×[1+0.005×(TJ(HOT)?TSPEC)]
其中，RDS(ON)SPEC為用于計算的MOSFET導(dǎo)通電阻，而TSPEC為得到RDS(ON)SPEC的溫度。如下描述，用計算得到的RDS(ON) HOT確定MOSFET和同步整流器的功率耗散。討論計算各MOSFET在假定裸片溫度的功率耗散的段落之后，是對完成此迭代過程所需其他步驟的描述。
對于除最大負載外的所有負載，在開、關(guān)過程中，同步整流器的MOSFET的漏源電壓通過捕獲二極管箝制。因此，同步整流器沒有引致開關(guān)損耗，使其功率耗散易于計算。需要考慮只是電阻耗散。
最壞情況下?lián)p耗發(fā)生在同步整流器負載系數(shù)最大的情況下，即在輸入電壓為最大值時。通過使用同步整流器的RDS(ON) HOT和負載系數(shù)以及歐姆定律，就可以計算出功率耗散的近似值：PDSYNCHRONOUS RECTIFIER=[ILOAD2×RDS(ON) HOT ]×[1>-(VOUT/VIN(MAX))]
開關(guān)MOSFET的耗散
開關(guān)MOSFET電阻損耗的計算與同步整流器的計算相仿，采用其(不同的)負載系數(shù)和RDS(ON) HOT ：PDRESISTIVE=[ILOAD2×RDS(ON) HOT]×(VOUT/VIN)
由于它依賴于許多難以定量且通常不在規(guī)格參數(shù)范圍、對開關(guān)產(chǎn)生影響的因素，開關(guān)MOSFET的開關(guān)損耗計算較為困難。在下面的公式中采用粗略的近似值作為評估一個MOSFET的第一步，并在以后在實驗室內(nèi)對其性能進行驗證：PDSWITCHING=(CRSS×VIN2×fSW×ILOAD)/IGATE
其中CRSS為MOSFET的反向轉(zhuǎn)換電容(一個性能參數(shù))，fSW為開關(guān)頻率，而IGATE為MOSFET的啟動閾值處(柵極充電曲線平直部分的VGS)的MOSFET柵極驅(qū)動的吸收電流和的源極電流。
一旦根據(jù)成本(MOSFET的成本是它所屬于那一代產(chǎn)品的非常重要的功能)將選擇范圍縮小到特定的某一代MOSFET，那一代產(chǎn)品中功率耗散最小的就是具有相等電阻損耗和開關(guān)損耗的型號。若采用更小(更快)的器件，則電阻損耗的增加幅度大于開關(guān)損耗的減小幅度;而采用更大(RDS(ON)低)的器件中，則開關(guān)損耗的增加幅度大于電阻損耗的減小幅度。
如果VIN是變化的，必須同時計算在VIN(MAX)和VIN(MIN)處的開關(guān)MOSFET的功率耗散。MOSFET最壞情況下功率耗散將出現(xiàn)在最小或最大輸入電壓處。耗散為兩個函數(shù)的和：在VIN(MIN) (較高的負載系數(shù))處達到最大的電阻耗散，和在VIN(MAX)(由于VIN2的影響)處達到最大的開關(guān)耗散。最理想的選擇略等于在VIN極值的耗散，它平衡了VIN范圍內(nèi)的電阻耗散和開關(guān)耗散。
如果在VIN(MIN)處的耗散明顯較高，電阻損耗為主。在這種情況下，可以考慮采用較大的開關(guān)MOSFET，或并聯(lián)多個以達到較低的RDS(ON)值。但如果在VIN(MAX)處的耗散明顯較高，則可以考慮減小開關(guān)MOSFET的尺寸(如果采用多個器件，或者可以去掉MOSFET)以使其可以更快地開關(guān)。
如果所述電阻和開關(guān)損耗平衡但還是太高，有幾個處理方式：
改變題目設(shè)定。例如，重新設(shè)定輸入電壓范圍;改變開關(guān)頻率，可以降低開關(guān)損耗，且可能使更大、更低的RDS(ON)值的開關(guān)MOSFET成為可能;增大柵
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