电源系统开关控制器的 MOSFET 选择

DC/DC开关控制器的MOSFET选择是一个复杂的过程。仅仅考虑MOSFET的额定电压和电流并不足以选择到合适的MOSFET。要想让MOSFET维持在规定范围以内，必须在低栅极电荷和低导通电阻之间取得平衡。在多负载电源系统中，这种情况会变得更加复杂。

DC/DC开关电源因其高效率而广泛应用于现代许多电子系统中。例如，同时拥有一个高侧FET和低侧FET的降压同步开关稳压器，如图1所示。这两个FET会根据控制器设置的占空比进行开关操作，旨在达到理想的输出电压。降压稳压器的占空比方程式如下：
占空比(高侧FET)=VOUT/(VIN*效率)                             (1)

占空比(低侧FET)=1－DC(高侧FET)                           (2)

图1  降压同步开关稳压器原理图

FET可能会集成到与控制器一样的同一块芯片中，从而实现一种最为简单的解决方案。但是，为了提供高电流能力及（或）达到更高效率，FET需要始终为控制器的外部元件，这样便可以实现最大散热能力。因为它让FET物理隔离于控制器，并且拥有最大的FET选择灵活性。缺点是FET选择过程更加复杂，原因是要考虑的因素有很多。

一个常见问题是“为什么不让这种10A FET也用于我的10A设计呢？”答案是这种10A额定电流并非适用于所有设计。选择 FET 时需要考虑的因素包括额定电压、环境温度、开关频率、控制器驱动能力和散热组件面积。关键问题是，如果功耗过高且散热不足，则FET可能会过热起火。用户可以利用封装/散热组件ThetaJA或者热敏电阻、FET功耗和环境温度估算某个FET的结温，具体方法如下：

Tj=ThetaJA×FET功耗（PdissFET）+环境温度（Tambient）              (3)

它要求计算FET的功耗。这种功耗可以分成两个主要部分：AC和DC损耗。这些损耗可以通过下列方程式计算得到：

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

其中，Vds为高侧FET的输入电压，Ids为负载电流，trise和tfall为FET的升时间和降时间，而Tsw为控制器的开关时间（1/开关频率）。

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

其中，RDSON为FET的导通电阻，而IOUT为降压拓扑的负载电流。

其他损耗形成的原因还包括输出寄生电容、门损耗，以及低侧FET空载时间期间导电带来的体二极管损耗，但在本文中将主要讨论AC和DC损耗。
 

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