降压式DC/DC转换器的MOSFET选择

应用实例

MAX8720电路中的MOSFET选择

由MAX8720组成的降压式DC/DC转换器电路如图6所示。现使用条件为VIN=7～24V、VOUT=1.25V、IOUT(max)=15A、fsw=300kHz，控制器的工作电压(偏置电压)VCC=5V，选合适的开关管(NH)及同步整流管(NL)。


  
图6 由MAX8720组成的降压式DC/DC电路

初选Vishay公司的Si7390DP作NH(其Qg仅10nC)；Si7356DP作NL (RDS(on)=4mΩ)。其封装都是8引脚、有散热垫的SO-8封装，主要参数如表3所示。

  
  
表3
注：*由特性曲线中求得；**印制板焊盘面积最小的值。   

开关管传导损耗PD(NHR)计算  

PD(NHR)=(VOUT/VIN(min))(IOUT(max))2×RDS(on)
=(1.25V/7V)×15A2×13.5mΩ

=0.54W   

开关管的栅极驱动损耗PD(NHS)计算  

PD(NHS)=[(Vin(max))2×Crss×fsw×IOUT]/IGATE
=[24V2×130pF×300kHz×15A]/2A
=0.168W  

式中栅极电流IGATE的数据是MAX8720数据资料中给出的。  

开关管的总损耗PD(NH)为  

PD(NH)=PD(NHR)+PD(NHS)
=0.54W+0.168W
=0.708W＜1.1W   

同步整流管的传导损耗PD(NLR)计算  

PD(NLR)=[1-(VOUT/Vin(max))]×(IOUT(max))2×RDS(on)
=[1-(1.25V/24V)]×15A2×4mΩ
=0.85W＜1.9W  

根据上述计算，满足计算的损耗值

FAN5019B电路中的MOSFET选择  

由控制器FAN5019B及3个驱动器FAN5009组成的三相同步整流降压式DC/DC转换器电路如图7所示。现使用条件：VIN=VCC=12V(VCC是供控制器及驱动器的工作电压)，VOUT=1.5V，IO=65A(IO即IOUT(max))，fsw=228kHz，选择开关管及同步整流管(采用两个并联组成)。  



   
图7 由FAN5019B组成的降压式DC/DC电路  

初选快速开关管FDD6696为开关管(其Qg为17nC)，同步整流管选FDD6682(其RDS(on)=11.9mΩ)。其主要参数如表4所示。  
表4  


  
注：*PD与PCB的敷铜板面积有关，此为面积最小值。   

开关管传导损耗PC(MF)计算  

PC(MF)=D[(IO/nMF)2+1/12(n×IR/nMF)2]×RDS(on)

式中D为占空比(D=VIN/VOUT) ；IR为纹电流(IR=1/n×IO×40%）；nMF为总的开关管数；n为相数；IO=IOUT(max)。IR计算得IR=8.66A，代入公式：   

PC(MF)=15V/12V[(65A/3)2+1/12(3×8.66A/2)2]×15mΩ=0.89W   

开关管的栅极驱动损耗PS(MF)计算  

PS(MF)=2fsw×VCC×(IO/nMF)×RG×(nMF/n)×Ciss
=2×228kHz×12V(65A/3)×3Ω×(3/3)×2058pF
=0.73W  

式中RG是栅极电阻(这包括MOSFET的栅极电阻及驱动器内阻)。高速开关管的RG典型值为1Ω，驱动器FAN5009的内阻约2Ω，故RG取3Ω。  

开关管的总损耗=0.89W+0.73W =1.62W，略大于FDD6696的允许耗散功率。由于允许耗散功率是敷铜板最小面积下的PD值，因此只要PCB有较大的焊盘，则这0.02W可略而不计。同步整流管传导损耗PSF计算  

PSF=(1-D)[(IO/nSF)2+1/12(nIR/nSF)2] RDS(on)
=(1-1.5V/12V)[(65A/6)2+1/12(3×8.66A/6)2]×11.9mΩ
=1.24W＜1.6W  

式中NSF为同步整流管的总数。  

通过上述计算，选用3个FDD6696做开关管及6个FDD6682做同步整流管组成的电路可满足VIN=VCC=12V、VOUT=1.5V、IOUT(max)=65A、fsw=228kHz的使用要求。   

结束语

由于上述损耗计算是较粗略的，所以在MOSFET选定后，还要通过实验来证实选择是否合适。在实用上，为安全起见，MOSFET的焊盘面积可取得大一些(如6.5cm2)。