选择功率 MOSFET 的简单指南

鉴于现在可用的 MOSFET 可供选择的范围很广，并且分配给主板电源的空间越来越小，使用可靠、一致的方法来选择正确的 MOSFET 变得越来越重要。这种方法可以加快开发周期，同时优化特定应用的设计。

经常经历功率 MOSFET 选择过程的 PC 主板和电源设计人员可以从使用电子表格的自动化过程中受益。这种通用工具可以显着减少选择时间，同时让设计人员能够深入了解选择过程。与算法编程语言相比，在电子表格中实施选择方法提供了更大的交互性、易于微调以及构建和维护零件数据库的简单规定。

为了限制本讨论的范围，请考虑同步降压转换器拓扑的 MOSFET 选择方法，该方法适用于 PC 主板和电信应用的 DC/DC 转换器。为特定应用寻找合适的 MOSFET 涉及将损耗降至最低，并了解这些损耗如何依赖于开关频率、电流、占空比以及开关上升和下降时间。此信息指导选择工具的开发。

选择拓扑后，我们可以根据其在电路中的位置和一些器件参数(例如击穿电压、载流能力、R ON和 R ON温度系数)来选择 MOSFET。目标是最大限度地减少传导和开关，并选择具有足够热性能的设备。

检查一个典型的降压转换器可以揭示器件要求如何根据电路位置而显着变化。该电路从 12V 电源获取电源并提供 1.5V 的输出电压，从而导致 Q 1的占空比 D 为1.5/12=0.125，同步整流器 Q 2的占空比 D 为 1-D 。开关损耗在 Q 1中占主导地位，因为与 Q 2相比，其占空比相对较小。Q 1的电压偏移是源电压。尽管 Q 2还必须切断全电源电压，但在其开关间隔开始时，体二极管将滤波电感器钳位到地，因此 Q 2的偏移仅限于二极管压降。小占空比和大偏移对 Q 1的上升和下降时间性能提出了要求。导通损耗是 R ON的函数，支配着 Q 2的功耗。最小化这个欧姆项需要具有最低导通电阻的器件来处理基于成本预期和效率要求的负载电流。

电子表格包括静态和动态损耗的计算，后者是开关和栅极驱动损耗的总和。为了便于动态损耗计算，我们需要参考代表性波形。在开关之前，MOSFET 的功率耗散来自传导损耗。蓝色三角形下方的区域描绘了开关转换期间的动态损耗，每个周期发生两次。因此，总动态损耗与开关频率成正比。

传导损耗与 MOS 器件的通态沟道电阻成正比其中 I D是漏极电流，R ON是制造商指定标称环境温度下的通道电阻，D 是 Q 1的占空比。栅极电容的充电和放电会导致开关损耗。这种损耗还取决于开关频率，其中V G是栅极驱动电压，C GS是栅极-源极电容，f 是开关频率。

完成设计

根据制造商的数据表或印刷电路板走线的尺寸确定散热器的热阻。具有 2 盎司铜的单层印刷电路板的印刷电路板走线热阻与 MOSFET 位于其中心的方形铜区域。根据可用的印刷电路板面积，铜可以充当 MOSFET 的散热器。值得注意的是，对于小型设备，增加超过 2 平方英寸的面积并不会明显降低热阻。

在电子表格中，编译适合我们应用的 MOSFET 数据库。对于同步整流器 Q 2，MOSFET 必须满足应用的电压和电流要求。它还必须具有足够低的 R ON，以使传导损耗小到足以满足效率目标。对于这个 MOSFET，栅极电荷在功耗中起次要作用。

对于控制装置Q 1，动态或开关损耗是主要因素，传导损耗起次要作用。MOSFET 应满足电压和电流规范，并具有尽可能低的栅极电荷，以保持较小的动态损耗。其次，寻找具有适度 R ON的设备。

通过以这种方式使用电子表格，我们可以执行“假设”分析，为应用选择最佳 MOSFET。只要我们了解设计中每个器件的导通和开关损耗要求，我们就可以将此基本方法应用于其他拓扑。