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        【圖文】如何正確選擇同步降壓MOSFET電阻比?-KIA MOS管

        信息來源:本站 日期:2022-03-18 

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        【圖文】如何正確選擇同步降壓MOSFET電阻比?-KIA MOS管


        本文,我們將研究在同步降壓功率級中如何對傳導功耗進行折中處理,而其與占空比和 FET 電阻比有關。進行這種折中處理可得到一個用于 FET 選擇的非常有用的起始點。


        通常,作為設計過程的一個組成部分,會有一套包括了輸入電壓范圍和期望輸出電壓的規范,并且需要選擇一些 FET。另外,如果您是一名 IC 設計人員,則還會有一定的預算,其規定了 FET 成本或者封裝尺寸。


        這兩種輸入會幫助您選擇總 MOSFET 芯片面積。之后,這些輸入可用于對各個 FET 面積進行效率方面的優化。


        OSFET 電阻比

        圖 1 傳導損耗與 FET 電阻比和占空比相關


        首先,FET 電阻與其面積成反比例關系。因此,如果為 FET 分配一定的總面積,同時您讓高側面積更大(旨在降低其電阻),則低側的面積必減小,而其電阻增加。


        其次,高側和低側 FET 導電時間的百分比與 VOUT/VIN 的轉換比相關,其首先等于高側占空比 (D)。高側 FET 導通 D 百分比時間,而剩余 (1-D) 百分比時間由低側 FET 導通。


        圖 1 顯示了標準化的傳導損耗,其與專用于高側 FET 的 FET 面積百分比(X 軸)以及轉換因數(曲線)相關。


        很明顯,某個設定轉換比率條件下,可在高側和低側之間實現最佳芯片面積分配,這時總傳導損耗最小。低轉換比率條件下,請使用較小的高側 FET。反之,高轉換比率時,請在頂部使用更多的 FET。


        面積分配至關重要,因為如果輸出增加至 3.6V,則針對 12V:1.2V 轉換比率(10% 占空比)進行優化的電路,其傳導損耗會增加 30%,而如果輸出進一步增加至 6V,則傳導損耗會增加近 80%。


        最后,需要指出的是,50% 高側面積分配時所有曲線都經過同一個點。這是因為兩個 FET 電阻在這一點相等。


        OSFET 電阻比

        圖 2 存在一個基于轉換比率的最佳面積比


        注意:電阻比與面積比成反比


        MOSFET 電阻比


        通過圖 1,我們知道 50% 轉換比率時出現最佳傳導損耗極值。但是,在其他轉換比率條件下,可以將損耗降至這一水平以下。


        附錄 1 給出了進行這種優化的數學計算方法,而圖 2 顯示了其計算結果。即使在極低的轉換比率條件下,FET 芯片面積的很大一部分都應該用于高側 FET。高轉換比率時同樣如此;應該有很大一部分面積用于低側。


        這些結果是對這一問題的初步研究,其并未包括如高側和低側FET之間的各種具體電阻值,開關速度的影響,或者對這種芯片面積進行封裝相關的成本和電阻等諸多方面。但是,它為確定 FET 之間的電阻比提供了一個良好的開端,并且應會在FET選擇方面實現更好的整體折中。




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