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2020年3月25日DC / DC

探討高輸出電流應用時的注意事項 其1

损耗探讨

上一篇文章介绍了输入电压升高时损耗增加的部分,注意事项及相应的对策。本文将介绍在探讨输出电流较大的应用时应该注意的两个事项之一。

探討高輸出電流應用時的注意事項 其1

在此前使用的条件中,设想输出电流的范围为1A〜5A。

随着输出电流增加而增加的损耗有低侧/高侧MOSFET的导通电阻损耗,切换损耗,死区时间损耗以及电感的DCR损耗。

表

下面是“损耗因素“中列出的各损耗公式。

<随着输出电流木卫一的增加而增加的损耗因素>

·高侧的MOSFET导通电阻P_ONH带来的传导损耗

·低侧的MOSFET导通电阻P_ONL带来的传导损耗

·开关损耗

·死区时间损耗

·电感(线圈)的DCRR_DC带来的导通损耗

从公式中可以看出,MOSFET的导通电阻和电感的DCR损耗尤为增加。由于木卫一为二次方,因此1A时为1,但图5A时变为25,与其他损耗相比,其系数变为5倍。下面是当木卫一从1A变为5A时的各损耗示意图。

考虑因素及对策

MOSFET的导通电阻带来的传导损耗是损耗增加的主要因素,因此在切换MOSFET外接的控制IC配置的情况下,应选择导通电阻低的MOSFET。如果是MOSFET内建型IC,则基于同样的观点,应选择内建MOSFET的导通电阻小的IC,但由于没有单独选择MOSFET的选项,因此需要对比整体的损耗进行选择。

电感的DCR损耗也很大,因此需要选择DCR小的电感。在IC组成的电源电路中,一般情况下电感为外接,因此与MOSFET外接型和内建型的思路相同。

关于切换损耗,选择TRISE和TFALL较快,即MOSFET的切换速度快的产品可抑制切换损耗。基本上需要选择的Qg低的MOSFET。另外,控制IC的闸极驱动能力高也可有效抑制损耗,但本次使用IC本身的条件。有的MOSFET内建型IC是以高速切换为特点的。

此次的条件设定中,是以不改变切换频率为前提的,不过也有透过降低切换频率来降低​​损耗的手法。但是,这与电感的大小之间存在矛盾平衡关系。这在“探讨透过提高切换频率来实现小型化时的注意事项”中有介绍,请参阅。

死区时间损耗是死区时间中因低侧MOSFET的本体二极体的正向电压VF和木卫一而产生的损耗,因此理论上应该使用缩短死区时间,本体二极体的VF小的MOSFET。然而,在大多数情况下,死区时间是按控制IC最佳化的值设定的,是无法调整的,而且根据死区时间来选择控制IC的做法也不太现实。此外,对于MOSFET也是一样,寻找本体二极体的VF小的产品也并不现实如果无法容忍死区时间损耗,可以透过在低侧MOSFET的漏极 - 源极间增加VF小的二极体(如萧特基二极体)来降低VF。另外,虽然这种方法与本次的条件不符,但还可以透过降低切换频率的方法来处理。

最终需要使用导通电阻低的MOSFET,提高切换速度,并选用DCR低的电感。但是,关于MOSFET的选型还有一些需要探讨的事项,相关内容将在“其2”中进行说明。

重点:

·如果提高输出电流,则MOSFET的导通电阻,切换,死区时间,电感的DCR损耗将会增加。

·选择导通电阻低的MOSFET,提高切换速度,并使用DCR小的电感。

·大多数控制IC的死区时间是无法调整的。

·MOSFET的选型除导通电阻外还有其他需要探讨的事项(见“其2”)。

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