MOSFET功估计及散热.doc

莄DC/DC变换中MOSFET功耗计算膂本文分析了一个多相、同步整流、降压型CPU电源中MOSFET功耗的计算方法。袀螆1MOSFET功耗的计算蒃为了确定一个MOSFET是否适合于特定的应用,必须计算其功耗,MOSFET功耗(PL)主要包含阻性损耗(PR)和开关损耗(PS)两部分,即PL=PR+PSMOSFET的功耗很大程度上依赖于它的导通电阻RDS(on),但是,MOSFET的RDS(on)与它的结温Tj有关。而Tj又依赖于MOSFET管的功耗以及MOSFET的热阻θJA。由于功耗的计算涉及到若干个相互依赖的因素,为此,可以采用一种迭代过程获得我们所需要的结果,如图1流程所示。薁迭代过程起始于为每个MOSFET假定一个Tj,然后,计算每个MOSFET各自的功耗和允许的环境温度。当允许的环境温度达到或略高于机壳内最高温度设计值时,这个过程便结束了。这是一种逆向的设计方法,因为,先从一个假定的Tj开始计算,要比先从环境温度计算开始容易一些。薀能否将这个计算所得的环境温度尽可能地提高呢?回答是不行的。因为,这势必要求采用更昂贵的MOSFET,并在MOSFET下铺设更多的铜膜,或者要求采用一个更大、更快速的风扇产生气流等,所有这些都是不切实际的。螈螅对于开关和同步整流MOSFET,可以选择一个允许的最高管芯结温Tj(hot)作为迭代过程的出发点,多数MOSFET的数据手册只规定了+25℃下的最大RDS(on),不过最近有些产品也提供了+125℃下的最大值。MOSFET的RDS(on)随着温度的增高而增加,%/℃~%/℃之间,如图2所示。如果拿不准,可以用一个较为保守的温度系数和MOSFET的+25℃规格(或+125℃规格),在选定的Tj(hot)下以最大RDS(on)作近似估算,即肁莁式中:RDS(on)SPEC为计算所用的MOSFET导通电阻;薅TSPEC为规定RDS(on)SPEC时的温度。羃利用计算出的RDS(on)hot可以确定同步整流和蒀开关MOSFET的功耗。为此,将进一步讨论如何计算各个MOSFET在给定的管芯温度下的功耗,以及完成迭代过程的后续步骤,其整个过程详述如图1所示。,同步整流MOSFET的漏、源电压在开通和关闭过程中都会被续流二极管钳位。因此,同步整流几乎没有开关损耗,它的功耗PL只须考虑阻性损耗即可。最坏情况下的损耗发生在同步整流工作在最大占空比时,也就是输入电压达到最低时。利用同步整流的RDS(on)和工作占空比,通过欧姆定律可以近似计算出它的功耗。,也要利用它的占空比(但不同于前者)和RDS(on)hot。薇开关MOSFET的开关损耗计算起来比较困难,因为它依赖于许多难以量化并且没有规范的因素,这些因素同时影响到开通和关断过程。为此,可以首先用以下粗略的近似公式对某个MOSFET进行评价,然后通过实验对其性能进行验证,即式中:Crss为MOSFET的反向传输电容(数据手册中的一个参数);fs为开关频率;蚈Igatb为MOSFET的栅极驱动器在MOSFET处于临界导通(Vgs位于栅极充电曲线的平坦区域)时的吸收/源出电流。莄若从成本因素考虑,将选择范围缩小到特定的某一代MOSFET