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电源设计小贴士29:同步降压MOSFET电阻比的正确选择

上网日期: 2011年06月13日 ?? 我来评论 字号:放大 | 缩小 分享到:sina weibo tencent weibo tencent weibo


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关键字:MOSFET? 电源设计? FET?

在这篇《电源设计小贴士》中,我们将研究在同步降压功率级中如何对传导功耗进行折中处理,而其与占空比和FET电阻比有关。进行这种折中处理可得到一个用于FET选择的非常有用的起始点。通常,作为设计过程的一个组成部分,您会有一套包括了输入电压范围和期望输出电压的规范,并且需要选择一些FET。另外,如果您是一名IC设计人员,则您还会有一定的预算,其规定了FET成本或者封装尺寸。这两种输入会帮助您选择总MOSFET芯片面积。之后,这些输入可用于对各个FET面积进行效率方面的优化。

电源设计小贴士29:同步降压MOSFET电阻比的正确选择(电子工程专辑)
图 1:传导损耗与FET电阻比和占空比相关

首先,FET电阻与其面积成反比例关系。因此,如果为FET分配一定的总面积,同时您让高侧面积更大(旨在降低其电阻),则低侧的面积必须减小,而其电阻增加。其次,高侧和低侧FET导电时间的百分比与VOUT/VIN的转换比相关,其首先等于高侧占空比(D)。高侧FET导通D百分比时间,而剩余 (1-D) 百分比时间由低侧FET导通。图 1显示了标准化的传导损耗,其与专用于高侧FET的FET面积百分比(X 轴)以及转换因数(曲线)相关。很明显,某个设定转换比率条件下,可在高侧和低侧之间实现最佳芯片面积分配,这时总传导损耗最小。低转换比率条件下,请使用较小的高侧FET。反之,高转换比率时,请在顶部使用更多的FET。面积分配至关重要,因为如果输出增加至3.6V,则针对12V:1.2V转换比率(10%占空比)进行优化的电路,其传导损耗会增加30%,而如果输出进一步增加至6V,则传导损耗会增加近80%。最后,需要指出的是,50%高侧面积分配时所有曲线都经过同一个点。这是因为两个FET电阻在这一点相等。

电源设计小贴士29:同步降压MOSFET电阻比的正确选择(电子工程专辑)
图2存在一个基于转换比率的最佳面积比(注意:电阻比与面积比成反比 )

通过图1,我们知道50%转换比率时出现最佳传导损耗极值。但是,在其他转换比率条件下,可以将损耗降至这一水平以下。附录1给出了进行这种优化的数学计算方法,而图2显示了其计算结果。即使在极低的转换比率条件下,FET芯片面积的很大一部分都应该用于高侧FET。高转换比率时同样如此;应该有很大一部分面积用于低侧。这些结果是对这一问题的初步研究,其并未包括如高侧和低侧FET之间的各种具体电阻值,开关速度的影响,或者对这种芯片面积进行封装相关的成本和电阻等诸多方面。但是,它为确定FET之间的电阻比提供了一个良好的开端,并且应会在FET选择方面实现更好的整体折中。

附录:图 2的推导过程


下次,我们将讨论如何确定SEPIC所用耦合电感的漏电感要求,敬请期待。

作者:Robert Kollman,德州仪器 (TI)

下篇:电源设计小贴士30:注意SEPIC耦合电感回路电流(1)







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