大电流便携式DC/DC变换中MOSFET功耗的计算

若从成本因素考虑，将选择范围缩小到特定的某一代MOSFET(不同代MOSFET的成本差别很大)，就可以在这一代的器件中找到一个能够使功率耗散最小的器件。这个器件应该具有均衡的阻性和开关损耗,使用更小、更快的器件所增加的阻性损耗将超过它在开关损耗方面的降低，而使用更大〔而R_DS(on)更低〕的器件所增加的开关损耗将超过它对于阻性损耗的降低。

如果V_in是变化的，需要在V_in(max)和V_in(min)下分别计算开关MOSFET的功耗。最坏情况可能会出现在最低或最高输入电压下。该功耗是两种因素之和：在V_in(min)时达到最高的阻性耗散(占空比较高),以及在V_in(max)时达到最高的开关损耗。一个好的选择应该在V_in的两种极端情况下具有大致相同的功耗，并且在整个V_in范围内保持均衡的阻性和开关损耗。

如果损耗在V_in(min)时明显高出，则阻性损耗起主导作用。这种情况下，可以考虑用一个电流更大一点的MOSFET(或将一个以上的MOSFET相并联)以降低R_DS(on)。但如果在V_in(max)时损耗显著高出，则应该考虑用电流小一点的MOSFET(如果是多管并联的话，或者去掉一个M0SFET)，以便使其开关速度更快一点。如果阻性和开关损耗已达平衡，但总功耗仍然过高，也有多种办法可以解决：

——改变或重新定义输入电压范围；

——降低开关频率以减小开关损耗，或选用R_DS(on)更低的MOSFET；

——增加栅极驱动电流，有可能降低开关损耗；

——采用一个技术改进的MOSFET，以便同时获得更快的开关速度、更低的R_DS(on)和更低的栅极电阻。

需要指正的是,脱离某个给定的条件对MOSFET的尺寸作更精细的调整是不大可能的，因为器件的选择范围是有限的。选择的底线是MOSFET在最坏情况下的功耗必须能够被耗散掉。

2 关于热阻

按照图1所示，继续进行迭代过程的下一步，以便寻找合适的MOSFET来作为同步整流和开关MOSFET。这一步是要计算每个MOSFET周围的环境温度，在这个温度下，MOSFET结温将达到我们的假定值。为此，首先需要确定每个MOSFET结到环境的热阻θ_JA。

热阻的估算可能会比较困难。单一器件在一个简单的印刷板上的θ_JA的测算相对容易一些，而要在一个系统内去预测实际电源的热性能是很困难的，因为，那里有许多热源在争夺有限的散热通道。如果有多个MOSFET被并联使用，其整体热阻的计算方法，和计算两个以上并联电阻的等效电阻一样。

我们可以从MOSFET的θ_JA规格开始。对于单一管芯、8引脚封装的MOSFET来讲，θ_JA通常接近于62℃／W。其他类型的封装，有些带有散热片或暴露的导热片，其热阻一般会在40℃／W至50℃／W(见表1所列)。可以用下面的公式计算MOSFET的管芯相对于环境的温升T_j(rise)，即

T_j(rise)=P_L×θ_JA（5）

接下来，计算导致管芯达到预定T_j(hot)时的环境温度T_ambient， 即

表1 MOSFET封装的典型热阻