1.2 開關(guān)MOSFET的功耗
開關(guān)MOSFET的阻性損耗PR計算和同步整流非常相似，也要利用它的占空比(但不同于前者)和RDS(on)hot，即
開關(guān)MOSFET的開關(guān)損耗計算起來比較困難，因為它依賴于許多難以量化并且沒有規(guī)范的因素，這些因素同時影響到開通和關(guān)斷過程。為此，可以首先用以下粗略的近似公式對某個MOSFET進(jìn)行評價，然后通過實驗對其性能進(jìn)行驗證，即
式中：Crss為MOSFET的反向傳輸電容(數(shù)據(jù)手冊
中的一個參數(shù))；
fs為開關(guān)頻率；
Igatb為MOSFET的柵極驅(qū)動器在MOSFET處于臨界導(dǎo)通(Vgs位于柵極充電曲線的平坦區(qū)域)時的吸收／源出電流。
若從成本因素考慮，將選擇范圍縮小到特定的某一代MOSFET(不同代MOSFET的成本差別很大)，就可以在這一代的器件中找到一個能夠使功率耗散最小的器件。這個器件應(yīng)該具有均衡的阻性和開關(guān)損耗,使用更小、更快的器件所增加的阻性損耗將超過它在開關(guān)損耗方面的降低，而使用更大〔而RDS(on)更低〕的器件所增加的開關(guān)損耗將超過它對于阻性損耗的降低。
如果Vin是變化的，需要在Vin(max)和Vin(min)下分別計算開關(guān)MOSFET的功耗。最壞情況可能會出現(xiàn)在最低或最高輸入電壓下。該功耗是兩種因素之和：在Vin(min)時達(dá)到最高的阻性耗散(占空比較高),以及在Vin(max)時達(dá)到最高的開關(guān)損耗。一個好的選擇應(yīng)該在Vin的兩種極端情況下具有大致相同的功耗，并且在整個Vin范圍內(nèi)保持均衡的阻性和開關(guān)損耗。
如果損耗在Vin(min)時明顯高出，則阻性損耗起主導(dǎo)作用。這種情況下，可以考慮用一個電流更大一點的MOSFET(或?qū)⒁粋�以上的MOSFET相并聯(lián))以降低RDS(on)。但如果在Vin(max)時損耗顯著高出，則應(yīng)該考慮用電流小一點的MOSFET(如果是多管并聯(lián)的話，或者去掉一個M0SFET)，以便使其開關(guān)速度更快一點。如果阻性和開關(guān)損耗已達(dá)平衡，但總功耗仍然過高，也有多種辦法可以解決：
——改變或重新定義輸入電壓范圍；
——降低開關(guān)頻率以減小開關(guān)損耗，或選用RDS(on)更低的MOSFET；
——增加?xùn)艠O驅(qū)動電流，有可能降低開關(guān)損耗；
——采用一個技術(shù)改進(jìn)的MOSFET，以便同時獲得更快的開關(guān)速度、更低的RDS(on)和更低的柵極電阻。
需要指正的是,脫離某個給定的條件對MOSFET的尺寸作更精細(xì)的調(diào)整是不大可能的，因為器件的選擇范圍是有限的。選擇的底線是MOSFET在最壞情況下的功耗必須能夠被耗散掉。
2 關(guān)于熱阻
按照圖1所示，繼續(xù)進(jìn)行迭代過程的下一步，以便尋找合適的MOSFET來作為同步整流和開關(guān)MOSFET。這一步是要計算每個MOSFET周圍的環(huán)境溫度，在這個溫度下，MOSFET結(jié)溫將達(dá)到我們的假定值。為此，首先需要確定每個MOSFET結(jié)到環(huán)境的熱阻θJA。
熱阻的估算可能會比較困難。單一器件在一個簡單的印刷板上的θJA的測算相對容易一些，而要在一個系統(tǒng)內(nèi)去預(yù)測實際電源的熱性能是很困難的，因為，那里有許多熱源在爭奪有限的散熱通道。如果有多個MOSFET被并聯(lián)使用，其整體熱阻的計算方法，和計算兩個以上并聯(lián)電阻的等效電阻一樣。
我們可以從MOSFET的θJA規(guī)格開始。對于單一管芯、8引腳封裝的MOSFET來講，θJA通常接近于62℃／W。其他類型的封裝，有些帶有散熱片或暴露的導(dǎo)熱片，其熱阻一般會在40℃／W至50℃／W(見表1所列)。可以用下面的公式計算MOSFET的管芯相對于環(huán)境的溫升Tj(rise)，即
Tj(rise)=PL×θJA （5）
接下來，計算導(dǎo)致管芯達(dá)到預(yù)定Tj(hot)時的環(huán)境溫度Tambient，即
Tambient=Tj(hot)－Tj(rise) （6）
如果計算出的θJA低于機(jī)殼的最大額定環(huán)境溫度，必須采用下列一條或多條措施：
——升高預(yù)定的Tj(hot)，但不要超出數(shù)據(jù)手冊規(guī)定的最大值；
——選擇更合適的MOSFET以降低其功耗；
——通過增加氣流或MOSFET周圍的銅膜降低θJA。
再重算Tambient(采用速算表可以簡化計算過程，經(jīng)過多次反復(fù)方可選出一個可接受的設(shè)計)。而表1為MOSFET封裝的典型熱阻。
表1 MOSFET封裝的典型熱阻
