SC2463多路输出开关电源控制器及其应用

2.3 功率场效应管

场效应管是通过它的内阻(RDSON)，栅极电容及电荷(θg)，和封装热阻(θJA)这3个参数来选择的。利用SC24631A内置驱动器，一个栅极电荷为25 nC的场效应管(FDS6898A)会产生大约25 ns的开关升／降时间(ts=25 nC／lA)，将在上端场效应管开关时产生开关损耗(RQ1-1S)

PQ1-S=IoVINtsfs                                   （3）

上端场效应管(Q1一1)的栅极损耗(Po1-1GATE)近似为

PQ1-1_GATE≈QGVINfs                               （4）

上端场效应管在导通时的损耗为

PQ1-1_c=I20RDSOND                                 （5）

上端场效应管总损耗(PQ1-1)足它的栅极损耗，传导损耗，和开关损耗的总和，即

PQ1-1=PQ1-1_GATE+；Q1-1_c+PQ1-1_s                 （6）

由于在上端和下端场效应管之间无重叠传导，下端场效应管漏极和源极之间的寄生二极管总是在下端场效应管导通之前导通。下端场效应管导通电压仪为一个在漏极和源极之间二极管的电压(VSD=0.7V)。此下端场效应管开关损耗为

Q1-2_=tsIOUTVSDfs                                 （7）

下端场效应管的栅极损耗(PQ1-2GATE)也可由式(8)近似得到，即

PQI-2_ (GATE≈QGVOMfs                             （8）

下端场效应管在导通时的损耗为

PQ1-2c=I2ORDSON(1一D)                             （9）

在死区时问内Q1-2的损耗是在它寄生二极管上的传导损耗(PQ1-2D)，即

PQI-2=VSDfsIOUTtDEAD                              （10）

式中：tDEAD是电源控制芯片上下端场效应管驱动的死区时间，SC2463的死区时间约为100ns。

Q1一2的总损耗(PQ1-2)是它的栅极损耗，传导损耗，开关损耗和寄生二极管传导损耗的总和，即

PQ1-2=RQ1-2_GATE+PQ1-2_D+PQ1-2_S                  （11）

以图1为例，FDS6898A上下端导通内阻都是14m,．q，整个FDS6898损耗为O 34w。

场效应管的结温可由式(12)计算，即

TJ=TA+θJA·PLOSS                                  （12）

从FDS6898A手册上可查到它最大的结温至室温热阻是78℃／W(θ1A)，如果图1电源环境最高温度是45℃，那么Q1工作结温(TQ1J)为72℃(45+78×O.34)。这温度远小于FDS6898A 150℃的结温限制。这里假设Q1被直接焊在2盎司铜层和1平方英寸面积的PCB散热焊盘上。如果需要更进一步降低Q1的结温，可以增加PCB散热焊盘面积或将Q1套上外加的散热器。另外，芯片到散热焊盘的焊接，封装芯片材料，热接触面，热结合性能，可得到的有效散热区域和环境空气流动状况(自然或强制对流)都对场效应管晶片的温升都有很大的关系。实际温度的测量和验证是场效应管热没计的关键。表1是场效应管功率损耗的汇总。

图l中开关转换器另一路(12V→1．2V／3A)中的功率器件可用同样方式来设计。

3 PCB排板要点

电源功率器件在PCB上的正确放置和走线将决定整个电源工作是否正常。设计人员首先要对开关电源功率器件上的电压和电流的波形有一定的了解。图3更进一步显示了一个降压式开关电源功率电路元器件上的电流和电压波形。由于从输入滤波电容(GIN)，上端场效应管(Q1)和下端场效应管(Q2)中所流过的电流是带有高频率和高峰值的交流电流，所以要尽量减小由GIN一Q1一Q2所形成的环路面积。同时由下端场效应管(O2)，电感(L)，和输出滤波电容(COUT)所组成的环路面积也要尽量减小。

图4是一个比较好的电源功率电路PCB走线。CIN一Q1-Q2和Q2-L一COUT环路的面积已控制得最小。上端场效应管(Q1)的源极，下端场效应管(Q2)的漏极和输出电感(L)之间的连接点是一整块铜片焊盘。由于该连接点上的电压是高频电流，Q1和Q2和L需要靠得非常近。虽然输出滤波电感(L)和输出滤波电容(COUT)之间的走线上没有高峰值的高频电流，但比较宽的走线可以降低直流阻抗的损耗使电源的效率得到提高。如果成本上允许，电源可用一面完全是接地层的双面PCB。但必须注意在地层上尽量避免走功率和信号线。在电源的输入和输出端口还各增加了一个瓷片电容器来改善电源的高频滤波性能。

来源：21IC电子网