大电流DC/DC变换中MOSFET功耗计算详解：多相同步整流设计策略

本文主要探讨了在大电流便携式DC/DC变换器中，特别是在多相、同步整流和降压型CPU电源设计中，MOSFET功耗的精确计算方法。大电流电源设计通常会通过多相技术将电流分散，但这样并不能显著减轻热管理问题，因为关键在于选择合适的MOSFET，确保其能有效处理大电流并具备良好的散热性能。 MOSFET的功耗主要包括阻性损耗（PR）和开关损耗（PS）两部分，计算时需要考虑MOSFET的导通电阻RDS(on)。RDS(on)不仅与MOSFET的材料特性有关，还受结温Tj的影响，而Tj又受到MOSFET的功耗和热阻θJA的制约。为了准确计算，设计者通常采用迭代过程，首先假设一个初始的Tj值，然后根据这个值计算功耗，调整环境温度，直到达到或接近设计的最大允许温度。 选择MOSFET时，设计师需要关注产品的最高结温Tj(hot)限制，大部分MOSFET数据手册给出的是室温下的最大RDS(on)值，但现代产品可能会提供更高温度下的数据。随着温度升高，MOSFET的RDS(on)通常会有所增加，这要求设计者在计算时考虑到温度对RDS(on)的影响，一般使用0.35%至0.5%每摄氏度的典型温度系数。 在实际应用中，试图通过提高环境温度来减小MOSFET的功耗是不可取的，因为这可能意味着增加成本，如使用更昂贵的MOSFET、增加铜层厚度或提升风扇性能，这些都是不现实的解决方案。因此，设计的关键在于合理选择MOSFET，同时优化散热设计，确保在整个工作温度范围内，MOSFET的功耗在可接受的范围内，以实现电源系统的高效和可靠性。