電源系統(tǒng)開關(guān)控制器的金氧半場效晶體管選擇

　　DC/DC開關(guān)控制器的MOSFET選擇是一個(gè)復(fù)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(nèi)，必須在低柵極電荷和低導(dǎo)通電阻之間取得平衡。在多負(fù)載電源系統(tǒng)中，這種情況會(huì)變得更加復(fù)雜。

　　DC/DC開關(guān)電源因其高效率而廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代許多電子系統(tǒng)中。例如，同時(shí)擁有一個(gè)高側(cè)FET和低側(cè)FET的降壓同步開關(guān)穩(wěn)壓器，如圖1所示。這兩個(gè)FET會(huì)根據(jù)控制器設(shè)置的占空比進(jìn)行開關(guān)操作，旨在達(dá)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(cè)FET)=VOUT/(VIN*效率)

　　(1)

　　占空比(低側(cè)FET)=1-DC(高側(cè)FET)
(2)

　　圖1 降壓同步開關(guān)穩(wěn)壓器原理圖

　　FET可能會(huì)集成到與控制器一樣的同一塊芯片中，從而實(shí)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(dá)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(shí)現(xiàn)最大散熱能力。因?yàn)樗孎ET物理隔離于控制器，并且擁有最大的FET選擇靈活性。缺點(diǎn)是FET選擇過程更加復(fù)雜，原因是要考慮的因素有很多。

　　一個(gè)常見問題是“為什么不讓這種10A FET也用于我的10A設(shè)計(jì)呢?”答案是這種10A額定電流并非適用于所有設(shè)計(jì)。選擇 FET

　　時(shí)需要考慮的因素包括額定電壓、環(huán)境溫度、開關(guān)頻率、控制器驅(qū)動(dòng)能力和散熱組件面積。關(guān)鍵問題是，如果功耗過高且散熱不足，則FET可能會(huì)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(gè)FET的結(jié)溫，具體方法如下：

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

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

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

　　其中，Vds為高側(cè)FET的輸入電壓，Ids為負(fù)載電流，trise和tfall為FET的升時(shí)間和降時(shí)間，而Tsw為控制器的開關(guān)時(shí)間(1/開關(guān)頻率)。

　　DC損耗:PswDC=RDSON ×IOUT×IOUT×占空比 (5)

　　其中，RDSON為FET的導(dǎo)通電阻，而IOUT為降壓拓?fù)涞呢?fù)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(cè)FET空載時(shí)間期間導(dǎo)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。