DC/DC开关电源：MOSFET选择策略与关键因素

"开关电源的 MOSFET 选择" 在DC/DC开关电源设计中，MOSFET的选择是一项至关重要的任务，尤其是对于开关控制器而言。虽然MOSFET的额定电压和电流是基础参数，但仅凭这些信息无法确保最佳性能。选择MOSFET时，需要综合考虑多个因素来保持其在工作条件下的稳定性。 首先，低栅极电荷（Qg）和低导通电阻（Rds(on)）之间的平衡至关重要。低栅极电荷意味着更快的开关速度，减少了开关损耗，而低导通电阻则可降低导通状态下的损耗。然而，两者通常存在权衡，因为降低一个参数可能会影响到另一个。因此，设计者需要找到一个最佳点，以平衡开关速度和传导效率。 在多负载电源系统中，这个平衡问题更为复杂。由于不同的负载条件，MOSFET可能需要处理各种工作状态，这就需要MOSFET具有更宽的工作范围和更好的热稳定性。 图1展示了一个降压同步开关稳压器的原理图，该设备通常包含一个高侧FET和一个低侧FET。这两个FET交替导通以控制电流流动，根据控制器设定的占空比调整输出电压。占空比决定了高侧和低侧FET的导通时间比例，其计算公式如下： 1) 占空比(高侧FET, 上管) = Vout / (Vin * 效率) 2) 占空比(低侧FET，下管) = 1 - DC(高侧FET) 有时，MOSFET会被集成到控制器的单片IC中，简化设计，但这可能限制了电流处理能力和效率。因此，在需要处理大电流或追求更高效率时，外部MOSFET是更好的选择。外部MOSFET允许更好的散热设计，但同时也增加了选型的复杂性，因为需要考虑更多的参数，如封装的热阻（ThetaJA），控制器的驱动能力，以及散热片的表面积。 选择MOSFET时，设计师还需要考虑其工作环境温度、开关频率和功耗。例如，MOSFET的结温（Tj）可以通过以下公式估算： 3) Tj = ThetaJA * 功耗（PdissFET） + 环境温度（Tambient） 过高功耗可能导致MOSFET过热，影响其可靠性甚至引发火灾。因此，精确计算MOSFET的热特性，结合其工作环境和预期的负载变化，是确保MOSFET安全运行的关键。 选择开关电源中的MOSFET不仅涉及到基本的电气参数，还需要考虑热管理、开关速度、效率和系统的整体兼容性。设计者必须全面评估所有这些因素，以确保所选的MOSFET能在整个工作范围内高效、稳定地运行。