同步整流降压式DC-DC变换器应怎样选择MOSFET?

<[p] >功率器件MOSFET在很多电路系统的设计中都得到了广泛的应用，而对于同步整流降压式的DC-DC变换器来说，怎样选择合适的MOSFET则是非常重要的一环，需要研发人员认真对待。本文将会就同步整流降压型的变换器如何选择MOSFET，进行简单的总结和分析，下面就让我们一起来看看吧。<[p] >本文以最基础一种同步整流降压式变换器电路系统为例，来进行MOSFET的选型分析和介绍。这种简单的DC-DC变换器输入及输出部分电路如下图图1所示，可以看到，这一电路系统是由带驱动MOSFET的控制器及外接开关管Q1及同步整流管Q2等组成。目前，Q1和Q2都采用N沟道功率MOSFET，因为它们能满足转换器在输入电压、开关频率、输出电流及减少损耗上的要求。<[p] style="text-align: center;"><[p] style="text-align: center;">图1 同步整流降压式DC-DC变换器的输入及输出部分电路简图<[p] >在电路设计的过程中，相信大家都非常清楚的一点是，系统中的开关管与同步整流管的工作条件不同，其工作中造成的损耗大小也不一样。开关管有传导损耗和栅极驱动损耗(或称开关损耗)，而同步整流管只有传导损耗。传导损耗是由MOSFET的导通电阻RDS(on)造成的，其损耗与i2D、RDS(on)及占空比大小有关，要减少传导损耗需要选用RDS(on)小的功率MOSFET。目前市面上一些采用了新工艺的MOSFET的RDS(on)在VGS=10V时约10mΩ左右，有一些新产品在VGS=10V时可做到RDS(on)约2～3mΩ，能够满足设计人员的研发需要。<[p] >了解了如何减少传导损耗的方法后，接下来我们再来看一下如何就减少栅极驱动损耗问题而选择合适的MOSFET。开关损耗指的是在开关管导通及关断瞬间，在一定的栅源电压VGS下，对MOSFET的极间电容(如下图图2所示)进行充放电所造成的损耗。此损耗与MOSFET的输入电容Ciss或反馈电容Crss、栅极驱动电压VGS及开关频率fsw成比例。要减小此损耗，就要选择Ciss或Crss小、阈值电压VGS(th)低的功率MOSFET。<[p] style="text-align: center;"><[p] style="text-align: center;">图2 MOSFET的极间电容<[p] >在进行MOSFET的选取过程中，为了满足同步整流降压式DC-DC变换器能够正常安全工作，并保障其具有较高的工作效率，研发人员所选择的功率MOSFET要在一定的栅极驱动电压下满足以下的条件：首先，MOSFET的耐压要大于最大的输入电压，即VDSS>Vin(max)。其次，MOSFET的漏极电流要大于或等于最大输出电流，即ID≥IOUT(max)。除此之外，技术人员还应当选择Ciss或Crss尽量小的开关管，选择RDS(on)尽量小的同步整流管，使MOSFET的损耗最小，并满足其损耗值小于[p] D。在满足了以上条件的前提下，技术人员需要使选择的MOSFET符合设计的成本需要。