大功率电源中MOSFET功率计算

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-8MOSFET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叠代。

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：

降低假设的TJ(HOT);减少用于MOSFET功率耗散的铜散热片面积;或者，采用不那么昂贵的MOSFET。

这些步骤是可选的，因为本案例中MOSFET不会由于超过设定温度而损坏。然而，在TAMBIENT比封装的最大温度高时，这些步骤可以减小板面积和成本。

该过程中最大的不准确性来源于ΘJA。仔细研读ΘJA规格参数相关的数据页说明。典型的规格说明假设器件安装于1平方英寸的2盎司铜片。铜片承担了大部分的散热，而铜片的大小对ΘJA有显著影响。

例如，采用1平方英寸的铜片，D-Pak的ΘJAD-Pak可能是50°C/W。但如果铜片就设在封装引脚下，ΘJA值将会加倍(参见表)。采用多个并联MOSFET，ΘJA主要依赖于它所安装的铜片面积。两个元器件的等效ΘJA可能是只有一个元器件时的一半，除非铜片的面积加倍。就是说，增加并联MOSFET而不同时增加铜片面积，将使RDS(ON)减半，但对ΘJA的改变小得多。

最后，ΘJA的规格参数假设铜片散热面积不需考虑其他元器件的散热。在高电流时，在功率路径上的每个元件，甚至是PC板上的铜材料都会产生热量。为避免对的MOSFET过度加热，需要仔细计估算实际物理环境能达到的ΘJA值;研究所选择的MOSFET提供的热参数信息;检查是否有空间用于增加额外的铜片、散热器和其他器件;确定增加空气流动是否可行;看看在假设的散热通道有没有其他明显的热源，并要估算一下附近元件和空间的加热或冷却作用。

设计实例

图3所示CPU内核电源在40A提供1.3V。两个同样的20A电源在300kHz运行，提供40A输出电源。MAX1718主控制器驱动一个，而MAX1897从控制器驱动另一个。该电源输入范围在8～20V之间，指定封装的最高工组作环境温度60°C。

同步整流器包括两个并联的IRF7822MOSFET，在室温条件下组合的最大RDS(ON)为3.25mΩ，而假设TJ(HOT)为115°C时约为4.7mΩ。最大负载系数94%，20A负载电流和4.7mΩ最大RDS(ON)，并联MOSFET的耗散约为1.8W。提供2平方英寸的铜片以进行散热，总ΘJA约为31°C/W。组合MOSFET的温度上升约为55°C，所以此设计将在60°左右的环境温度工作。

在室温下组合的最大RDS(ON)为6mΩ，在115°C(假设的TJ(HOT))为8.7mΩ的两个并联IRF7811WMOSFET组成开关MOSFET。组合CRSS为240pF。MAX1718以及MAX1897的1Ω栅极驱动输出约为2A.。当VIN=8V时，电阻损耗为0.57W，而开关损耗约为0.05W。在20V时，电阻损耗为0.23W，而开关损耗约为0.29W。在每个操作点的总损耗大体平衡，而在最小VIN处的最坏情况下，等于0.61W。