鑒于現(xiàn)在可用的 MOSFET 可供選擇的范圍很廣，并且分配給主板電源的空間越來越小，使用可靠、一致的方法來選擇正確的 MOSFET 變得越來越重要。這種方法可以加快開發(fā)周期，同時優(yōu)化特定應(yīng)用的設(shè)計。

經(jīng)常經(jīng)歷功率 MOSFET 選擇過程的 PC 主板和電源設(shè)計人員可以從使用電子表格的自動化過程中受益。這種通用工具可以顯著減少選擇時間，同時讓設(shè)計人員能夠深入了解選擇過程。與算法編程語言相比，在電子表格中實施選擇方法提供了更大的交互性、易于微調(diào)以及構(gòu)建和維護零件數(shù)據(jù)庫的簡單規(guī)定。

為了限制本討論的范圍，請考慮同步降壓轉(zhuǎn)換器拓撲的 MOSFET 選擇方法，該方法適用于 PC 主板和電信應(yīng)用的 DC/DC 轉(zhuǎn)換器。為特定應(yīng)用尋找合適的 MOSFET 涉及將損耗降至最低，并了解這些損耗如何依賴于開關(guān)頻率、電流、占空比以及開關(guān)上升和下降時間。此信息指導選擇工具的開發(fā)。

選擇拓撲后，我們可以根據(jù)其在電路中的位置和一些器件參數(shù)(例如擊穿電壓、載流能力、R ON和 R ON溫度系數(shù))來選擇 MOSFET。目標是最大限度地減少傳導和開關(guān)，并選擇具有足夠熱性能的設(shè)備。

檢查一個典型的降壓轉(zhuǎn)換器可以揭示器件要求如何根據(jù)電路位置而顯著變化。該電路從 12V 電源獲取電源并提供 1.5V 的輸出電壓，從而導致 Q 1的占空比 D 為1.5/12=0.125，同步整流器 Q 2的占空比 D 為 1-D 。開關(guān)損耗在 Q 1中占主導地位，因為與 Q 2相比，其占空比相對較小。Q 1的電壓偏移是源電壓。盡管 Q 2還必須切斷全電源電壓，但在其開關(guān)間隔開始時，體二極管將濾波電感器鉗位到地，因此 Q 2的偏移僅限于二極管壓降。小占空比和大偏移對 Q 1的上升和下降時間性能提出了要求。導通損耗是 R ON的函數(shù)，支配著 Q 2的功耗。最小化這個歐姆項需要具有最低導通電阻的器件來處理基于成本預(yù)期和效率要求的負載電流。

電子表格包括靜態(tài)和動態(tài)損耗的計算，后者是開關(guān)和柵極驅(qū)動損耗的總和。為了便于動態(tài)損耗計算，我們需要參考代表性波形。在開關(guān)之前，MOSFET 的功率耗散來自傳導損耗。藍色三角形下方的區(qū)域描繪了開關(guān)轉(zhuǎn)換期間的動態(tài)損耗，每個周期發(fā)生兩次。因此，總動態(tài)損耗與開關(guān)頻率成正比。

傳導損耗與 MOS 器件的通態(tài)溝道電阻成正比其中 I D是漏極電流，R ON是制造商指定標稱環(huán)境溫度下的通道電阻，D 是 Q 1的占空比。柵極電容的充電和放電會導致開關(guān)損耗。這種損耗還取決于開關(guān)頻率，其中V G是柵極驅(qū)動電壓，C GS是柵極-源極電容，f 是開關(guān)頻率。

完成設(shè)計

根據(jù)制造商的數(shù)據(jù)表或印刷電路板走線的尺寸確定散熱器的熱阻。具有 2 盎司銅的單層印刷電路板的印刷電路板走線熱阻與 MOSFET 位于其中心的方形銅區(qū)域。根據(jù)可用的印刷電路板面積，銅可以充當 MOSFET 的散熱器。值得注意的是，對于小型設(shè)備，增加超過 2 平方英寸的面積并不會明顯降低熱阻。

在電子表格中，編譯適合我們應(yīng)用的 MOSFET 數(shù)據(jù)庫。對于同步整流器 Q 2，MOSFET 必須滿足應(yīng)用的電壓和電流要求。它還必須具有足夠低的 R ON，以使傳導損耗小到足以滿足效率目標。對于這個 MOSFET，柵極電荷在功耗中起次要作用。

對于控制裝置Q 1，動態(tài)或開關(guān)損耗是主要因素，傳導損耗起次要作用。MOSFET 應(yīng)滿足電壓和電流規(guī)范，并具有盡可能低的柵極電荷，以保持較小的動態(tài)損耗。其次，尋找具有適度 R ON的設(shè)備。

通過以這種方式使用電子表格，我們可以執(zhí)行“假設(shè)”分析，為應(yīng)用選擇最佳 MOSFET。只要我們了解設(shè)計中每個器件的導通和開關(guān)損耗要求，我們就可以將此基本方法應(yīng)用于其他拓撲。