电源设计中同步降压MOSFET电阻比的正确选择

发布时间:2011-06-16 阅读量:883 来源: 我爱方案网 作者:

中心议题:
    * 同步降压MOSFET电阻比的正确选择


在本文中,我们将研究在同步降压功率级中如何对传导功耗进行折中处理,而其与占空比和FET电阻比有关。进行这种折中处理可得到一个用于FET选择的非常有用的起始点。通常,作为设计过程的一个组成部分,您会有一套包括了输入电压范围和期望输出电压的规范,并且需要选择一些FET。另外,如果您是一名IC设计人员,则您还会有一定的预算,其规定了FET成本或者封装尺寸。这两种输入会帮助您选择总MOSFET芯片面积。之后,这些输入可用于对各个FET面积进行效率方面的优化。


图 1:传导损耗与FET电阻比和占空比相关
首先,FET电阻与其面积成反比例关系。因此,如果为FET分配一定的总面积,同时您让高侧面积更大(旨在降低其电阻),则低侧的面积必须减小,而其电阻增加。其次,高侧和低侧FET导电时间的百分比与VOUT/VIN的转换比相关,其首先等于高侧占空比(D)。高侧FET导通D百分比时间,而剩余 (1-D) 百分比时间由低侧FET导通。图 1显示了标准化的传导损耗,其与专用于高侧FET的FET面积百分比(X 轴)以及转换因数(曲线)相关。很明显,某个设定转换比率条件下,可在高侧和低侧之间实现最佳芯片面积分配,这时总传导损耗最小。低转换比率条件下,请使用较小的高侧FET。反之,高转换比率时,请在顶部使用更多的FET。面积分配至关重要,因为如果输出增加至3.6V,则针对12V:1.2V转换比率(10%占空比)进行优化的电路,其传导损耗会增加30%,而如果输出进一步增加至6V,则传导损耗会增加近80%。最后,需要指出的是,50%高侧面积分配时所有曲线都经过同一个点。这是因为两个FET电阻在这一点相等。


图2 存在一个基于转换比率的最佳面积比(注意:电阻比与面积比成反比 )
通过图1,我们知道50%转换比率时出现最佳传导损耗极值。但是,在其他转换比率条件下,可以将损耗降至这一水平以下。附录1给出了进行这种优化的数学计算方法,而图2显示了其计算结果。即使在极低的转换比率条件下,FET芯片面积的很大一部分都应该用于高侧FET。高转换比率时同样如此;应该有很大一部分面积用于低侧。这些结果是对这一问题的初步研究,其并未包括如高侧和低侧FET之间的各种具体电阻值,开关速度的影响,或者对这种芯片面积进行封装相关的成本和电阻等诸多方面。但是,它为确定FET之间的电阻比提供了一个良好的开端,并且应会在FET选择方面实现更好的整体折中。

附录:图 2的推导过程


相关资讯
日产与Wayve达成AI驾驶辅助合作!计划2027财年在日本首发

近日,日产汽车和总部位于英国的自动驾驶初创公司Wayve签署协议,合作开发基于人工智能的驾驶辅助系统。

京东重金布局存算一体AI芯片,“40K-100K×20薪”高调招募存算一体AI芯片人才!

京东开启招聘存算一体芯片设计工程师计划,薪酬高达“40K-100K*20薪”

铠侠2026年量产第十代NAND闪存,332层堆叠助力AI数据中心存储升级!

日本芯片制造商铠侠(Kioxia)计划于2026年在其岩手县晶圆厂开始生产新一代NAND闪存芯片。

英特尔、AMD、德州仪器遭指控!被指对芯片流入俄罗斯存在“故意漠视”

一系列诉讼指控芯片制造商英特尔、AMD及德州仪器公司,未能有效阻止其技术被用于俄罗斯制造的武器。

突发!台积电日本晶圆厂已停工,或直接升级至4nm工艺!

台积电日本子公司JASM熊本第二晶圆厂在 10 月下旬启动后近期处于暂停状态,重型设备已撤出工地