计算大功率电源中MOSFET的功率耗散
来源： 作者： 发布时间：2015-04-03 09:21:42 浏览量：最坏情况下损耗发生在同步整流器负载系数最大的情况下，即在输入电压为最大值时。通过使用同步整流器的RDS(ON) HOT和负载系数以及欧姆定律，就可以计算出功率耗散的近似值：PDSYNCHRONOUS RECTIFIER=[ILOAD2×RDS(ON) HOT ]×[1>-(VOUT/VIN(MAX))]
开关MOSFET的耗散
开关MOSFET电阻损耗的计算与同步整流器的计算相仿，采用其(不同的)负载系数和RDS(ON) HOT ：PDRESISTIVE=[ILOAD2×RDS(ON) HOT]×(VOUT/VIN)
由于它依赖于许多难以定量且通常不在规格参数范围、对开关产生影响的因素，开关MOSFET的开关损耗计算较为困难。在下面的公式中采用粗略的近似值作为评估一个MOSFET的第一步，并在以后在实验室内对其性能进行验证：PDSWITCHING=(CRSS×VIN2×fSW×ILOAD)/IGATE
其中CRSS为MOSFET的反向转换电容(一个性能参数)，fSW为开关频率，而IGATE为MOSFET的启动阈值处(栅极充电曲线平直部分的VGS)的MOSFET栅极驱动的吸收电流和的源极电流。
一旦根据成本(MOSFET的成本是它所属于电感价格那一代产品的非常重要的功能)将选择范围缩小到特定的某一代MOSFET，那一代产品中功率耗散最小的就是具有相等电阻损耗和开关损耗的型号。若采用更小(更快)的器件，则电阻损耗的增加幅度大于开关损耗的减小幅度；而采用更大(RDS(ON)低)的器件中，则开关损耗的增加幅度大于电阻损耗的减小幅度。
如果VIN是变化的，必须同时计算在VIN(MAX)和VIN(MIN)处的开关MOSFET的功率耗散。MOSFET最坏情况下功率耗散将出现在最小或最大输入电压处。耗散为两个函数的和：在VIN(MIN) (较高的负载系数)处达到最大的电阻耗散，和在VIN(MAX)(由于VIN2的影响)处达到最大的开关耗散。最理想的选择略等于在VIN极值的耗散，它平衡了VIN范围内的电阻耗散和开关耗散。
如果在VIN(MIN)处的耗散明显较高，电阻损耗为主。在这种情况下，可以考虑采用较大的开关MOSFET，或并联多个以达到较一体成型电感器低的RDS(ON)值。但如果在VIN(MAX)处的耗散明显较差模电感高，则可以考虑减小开关MOSFET的尺寸(如果采用多个器件，或者可以去掉MOSFET)以使其可以更快地开关。
如果所述电阻和开关损耗平衡但还是太高，有几个处理方式：
改变题目设定。例如，重新设定输入电压范围；改变开关频率，可以降低开关损耗，且可能使更大、更低的RDS(ON)值的开关MOSFET成为可能；增大栅极驱动电流，降低开关损耗。MOSFET自身最终限制了栅极驱动电流的内部栅极电阻，实际上局限了这一方案；采用可以更快同时开关并具有更低RDS(ON)值和更低的栅极电阻的改进的MOSFET技术。
由于元器件选择数量范围所限，超出某一特定点对MOSFET尺寸进行精确调整也许不太可能，其底线在于MOSFET在最坏情况下的功率必须得以耗散。
热阻
再参考图1说明，确定是否正确选择了用于同步整流器和开关MOSFET的MOSFET迭代过程的下一个步骤。这一步骤计算每个MOSFET的环境空气温度，它可能导致达到假设的MOSFET结温。为此，首先要确定每个MOSFET的结与环境间的热阻(ΘJA)。
如果多个MOSFET并联使用，可以通过与计算两个或更多关联电阻的等效电阻相同的方法，计算其组合热阻。热阻也许难以估计，但测量在一简单PC板上的单一器件的ΘJA就相当容易，系统内实际电源的热性能难以预计，许多热源在竞争有限的散热通道。
让我们从MOSFET的ΘJA开始。对于单芯片SO-8 MOSFET封装，ΘJA通常在62°C/W附近。对于其他封装，带有散热栅格或暴露的散热条，ΘJA可能在40°C/W和50°C/W之间(参见表)。计算多高的环境温度将引起裸片达到假设的TJ(HOT)：TAMBIENT=TJ(HOT)-TJ(RISE)
如果计算的TAMBIENT比封装最大标称环境温度低(意味着封装的最大标称环境温度将导致超过假设的MOSFETTJ(HOT))，就要采取以下一种或所有措施：
提高假设的TJ(HOT)(HOT，但不要超过数据参数页给出的最大值；通过选择更合适的MOSFET，降低MOSFET功率耗散；或者，通过加大空气流动或MOSFET周围的铜散热片面积降低ΘJA。
然后重新计算。采用电子数据表以简化确定可接受的设计所要求的典型的多重迭代。
另一方面，如果计算的比封装最大标称环境温度高得多，就要采取以下一种或所有措施：
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