同步整流降壓式DC-DC變換器應(yīng)怎樣選擇MOSFET?

功率器件MOSFET在很多電路系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中都得到了廣泛的應(yīng)用，而對(duì)于同步整流降壓式的DC-DC變換器來說，怎樣選擇合適的MOSFET則是非常重要的一環(huán)，需要研發(fā)人員認(rèn)真對(duì)待。本文將會(huì)就同步整流降壓型的變換器如何選擇MOSFET，進(jìn)行簡單的總結(jié)和分析，下面就讓我們一起來看看吧。

本文以最基礎(chǔ)一種同步整流降壓式變換器電路系統(tǒng)為例，來進(jìn)行MOSFET的選型分析和介紹。這種簡單的DC-DC變換器輸入及輸出部分電路如下圖圖1所示，可以看到，這一電路系統(tǒng)是由帶驅(qū)動(dòng)MOSFET的控制器及外接開關(guān)管Q1及同步整流管Q2等組成。目前，Q1和Q2都采用N溝道功率MOSFET，因?yàn)樗鼈兡軡M足轉(zhuǎn)換器在輸入電壓、開關(guān)頻率、輸出電流及減少損耗上的要求。

圖1 同步整流降壓式DC-DC變換器的輸入及輸出部分電路簡圖

在電路設(shè)計(jì)的過程中，相信大家都非常清楚的一點(diǎn)是，系統(tǒng)中的開關(guān)管與同步整流管的工作條件不同，其工作中造成的損耗大小也不一樣。開關(guān)管有傳導(dǎo)損耗和柵極驅(qū)動(dòng)損耗(或稱開關(guān)損耗)，而同步整流管只有傳導(dǎo)損耗。傳導(dǎo)損耗是由MOSFET的導(dǎo)通電阻RDS(on)造成的，其損耗與i2D、RDS(on)及占空比大小有關(guān)，要減少傳導(dǎo)損耗需要選用RDS(on)小的功率MOSFET。目前市面上一些采用了新工藝的MOSFET的RDS(on)在VGS=10V時(shí)約10mΩ左右，有一些新產(chǎn)品在VGS=10V時(shí)可做到RDS(on)約2～3mΩ，能夠滿足設(shè)計(jì)人員的研發(fā)需要。

了解了如何減少傳導(dǎo)損耗的方法后，接下來我們?cè)賮砜匆幌氯绾尉蜏p少柵極驅(qū)動(dòng)損耗問題而選擇合適的MOSFET。開關(guān)損耗指的是在開關(guān)管導(dǎo)通及關(guān)斷瞬間，在一定的柵源電壓VGS下，對(duì)MOSFET的極間電容(如下圖圖2所示)進(jìn)行充放電所造成的損耗。此損耗與MOSFET的輸入電容Ciss或反饋電容Crss、柵極驅(qū)動(dòng)電壓VGS及開關(guān)頻率fsw成比例。要減小此損耗，就要選擇Ciss或Crss小、閾值電壓VGS(th)低的功率MOSFET。

圖2 MOSFET的極間電容

在進(jìn)行MOSFET的選取過程中，為了滿足同步整流降壓式DC-DC變換器能夠正常安全工作，并保障其具有較高的工作效率，研發(fā)人員所選擇的功率MOSFET要在一定的柵極驅(qū)動(dòng)電壓下滿足以下的條件：首先，MOSFET的耐壓要大于最大的輸入電壓，即VDSS>Vin(max)。其次，MOSFET的漏極電流要大于或等于最大輸出電流，即ID≥IOUT(max)。除此之外，技術(shù)人員還應(yīng)當(dāng)選擇Ciss或Crss盡量小的開關(guān)管，選擇RDS(on)盡量小的同步整流管，使MOSFET的損耗最小，并滿足其損耗值小于PD。在滿足了以上條件的前提下，技術(shù)人員需要使選擇的MOSFET符合設(shè)計(jì)的成本需要。