【導讀】在這篇【電源設計小貼士】中，我們將研究在同步降壓功率級中如何對傳導功耗進(jìn)行折中處理，而其與占空比和FET電阻比有關(guān)。進(jìn)行這種折中處理可得到一個(gè)用于FET選擇的非常有用的起始點(diǎn)。
通常，作為設計過(guò)程的一個(gè)組成部分，您會(huì )有一套包括了輸入電壓范圍和期望輸出電壓的規范，并且需要選擇一些FET。另外，如果您是一名IC 設計人員，則您還會(huì )有一定的預算，其規定了FET成本或者封裝尺寸。這兩種輸入會(huì )幫助您選擇總 MOSFET芯片面積。之后，這些輸入可用于對各個(gè)FET面積進(jìn)行效率方面的優(yōu)化。
圖1 傳導損耗與FET電阻比和占空比相關(guān)
首先，FET電阻與其面積成反比例關(guān)系。因此，如果為FET分配一定的總面積，同時(shí)您讓高側面積更大（旨在降低其電阻），則低側的面積必須減小，而其電阻增加。其次，高側和低側FET導電時(shí)間的百分比與VOUT/VIN的轉換比相關(guān)，其首先等于高側占空比(D)。高側FET導通D百分比時(shí)間，而剩余(1-D)百分比時(shí)間由低側FET導通。圖1顯示了標準化的傳導損耗，其與專(zhuān)用于高側FET的FET面積百分比（X 軸）以及轉換因數（曲線(xiàn)）相關(guān)。很明顯，某個(gè)設定轉換比率條件下，可在高側和低側之間實(shí)現最佳芯片面積分配，這時(shí)總傳導損耗最小。低轉換比率條件下，請使用較小的高側FET。反之，高轉換比率時(shí)，請在頂部使用更多的FET。面積分配至關(guān)重要，因為如果輸出增加至3.6V，則針對12V：1.2V 轉換比率（10% 占空比）進(jìn)行優(yōu)化的電路，其傳導損耗會(huì )增加30%，而如果輸出進(jìn)一步增加至6V，則傳導損耗會(huì )增加近80%。最后，需要指出的是，50% 高側面積分配時(shí)所有曲線(xiàn)都經(jīng)過(guò)同一個(gè)點(diǎn)。這是因為兩個(gè)FET電阻在這一點(diǎn)相等。
圖2 存在一個(gè)基于轉換比率的最佳面積比
注意：電阻比與面積比成反比
通過(guò)圖1，我們知道50%轉換比率時(shí)出現最佳傳導損耗極值。但是，在其他轉換比率條件下，可以將損耗降至這一水平以下。附錄給出了進(jìn)行這種優(yōu)化的數學(xué)計算方法，而圖2顯示了其計算結果。即使在極低的轉換比率條件下，FET芯片面積的很大一部分都應該用于高側FET。高轉換比率時(shí)同樣如此；應該有很大一部分面積用于低側。這些結果是對這一問(wèn)題的初步研究，其并未包括如高側和低側FET之間的各種具體電阻值，開(kāi)關(guān)速度的影響，或者對這種芯片面積進(jìn)行封裝相關(guān)的成本和電阻等諸多方面。但是，它為確定FET之間的電阻比提供了一個(gè)良好的開(kāi)端，并且應會(huì )在FET選擇方面實(shí)現更好的整體折中。
附錄：圖2的推導過(guò)程
