同步整流降壓式DC-DC變換器應怎樣選擇MOSFET?

功率器件MOSFET在很多電路系統(tǒng)的設計中都得到了廣泛的應用，而對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)人員認真對待。本文將會就同步整流降壓型的變換器如何選擇MOSFET，進行簡單的總結和分析，下面就讓我們一起來看看吧。

本文以最基礎一種同步整流降壓式變換器電路系統(tǒng)為例，來進行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)是由帶驅動MOSFET的控制器及外接開關管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，因為它們能滿足轉換器在輸入電壓、開關頻率、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

在電路設計的過程中，相信大家都非常清楚的一點是，系統(tǒng)中的開關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。開關管有傳導損耗和柵極驅動損耗(或稱開關損耗)，而同步整流管只有傳導損耗。傳導損耗是由MOSFET的導通電阻RDS(on)造成的，其損耗與i2D、RDS(on)及占空比大小有關，要減少傳導損耗需要選用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時約10mΩ左右，有一些新產品在VGS=10V時可做到RDS(on)約2～3mΩ，能夠滿足設計人員的研發(fā)需要。

了解了如何減少傳導損耗的方法后，接下來我們再來看一下如何就減少柵極驅動損耗問題而選擇合適的MOSFET。開關損耗指的是在開關管導通及關斷瞬間，在一定的柵源電壓VGS下，對MOSFET的極間電容(如下圖圖2所示)進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、柵極驅動電壓VGS及開關頻率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要在一定的柵極驅動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，技術人員還應當選擇Ciss或Crss盡量小的開關管，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，技術人員需要使選擇的MOSFET符合設計的成本需要。