同步降压MOSFET电阻比的正确选择
在这篇《电源设计小贴士》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。
下次，我们将讨论如何确定 sepic 所用耦合电感的漏电感要求，敬请期待。本文及其他电源解决方案的更多详情，请访问：www.ti.com.cn/power。
附录：图 2 的推导过程
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