?

　　在同步降壓電源應用中,降低MOSFET導通電阻對同步整流器而言十分關鍵,因為多數情況下,快速恢復式整流電流通過MOSFET通道電阻所造成的功率損耗是總功耗中最大的一部分。然而,其他一些因素也不容忽視。

　　---較高的門極驅動電壓電平可將更多電荷充入MOSFET的柵極-源極(gate-to-source)連接點,從而在MOSFET驅動器級造成了更大的損耗。此外,較高的門極充電需求還會造成更長的升降時間,這將在同步降壓轉換器的高側MOSFET內影響開關損耗。為了提高效率,施壓應用于驅動MOSFET門極,以使增加的門極電荷與開關損耗小于其通過降低Rds(ON)所節省的功率。例如,如果高側MOSFET增加0.5W的功耗,而同步MOSFET中節省了1W,則該方案可以接受。

　　門極電壓的考慮事項

　　---采用兩種相對的電壓驅動控制MOSFET Q1與同步MOSFET Q2(如圖1所示)的門極需要經過仔細的考慮。額外離散部件的需求、對PCB路由的影響以及最佳驅動電壓振幅(可能已獲得、也可能暫未獲得)的需求,這些權衡因素都對降低MOSFET Rds(ON)以獲得潛在效率不利。

　　---作為例子,我們使用仲裁器件(arbitrary device)對控制MOSFET與同步整流器MOSFET進行如下分析。為了能夠突出門極-源極電壓(VGS)相對另一門極-源極電壓的優勢,必須仔細考察每個MOSFET的Rds(ON)對門極驅動電壓以及門極驅動電壓對門極電荷的曲線圖。

?

　　---圖2～圖5所示是從大多數制造商的數據表中獲得的典型MOSFET性能特性曲線圖,其將作為下述應用實例的依據。

?

　　---圖2突出顯示了控制MOSFET Q1當VGS=5V以及VGS=9V時Rds(ON)的值。由于Q1更傾向于開關損耗,因此在選擇時通常首先考慮較低的門極電荷,其次考慮Rds(ON)。當VGS=5V時,Rds(ON)=8.7mΩ;VGS=9V時,Rds(ON)=6.4mΩ。與此類似,圖表示了當VGS從5V增加至9V時對門極電荷的影響。當VGS=5V時,Qg=13nC;VGS=9V時,Qg=24.8nC。表1是對上述結果的總結。

?

　　---圖4突出顯示了整流器MOSFET Q2當VGS=5V以及VGS=9V時的Rds(ON)的值。由于Q2更傾向于導電損耗,因此在選擇時首先考慮盡可能最低的Rds(ON),其次考慮門極電荷。當VGS=5V時,Rds(ON)=3.37mΩ;當VGS=9V時,Rds(ON)= 2.75mΩ。與此類似,圖5顯示了VGS從5V增加到9V時對門極電荷的影響。當VGS=5V時,Qg=37.5nC;當VGS=9V時,Qg=76nC。各VGS所對應的MOSFET參數如表1所示。

?

　　---受最大負載電流的影響,由較高VGS產生的低Rds(ON)將導致更低的導電損耗,直至某一特定截至頻率上開關損耗開始占優勢。在開關損耗占優勢的較高頻率范圍內,應首選由較低VGS引起的低門極電荷。而在導電損失占優勢的較低頻率范圍內,則應選擇由較高VGS引起的低Rds(ON)。就提高效率而言,最好的選擇可能是采用較低VGS驅動控制MOSFET以最大程度地減少開關損耗,以及采用較高VGS驅動同步整流器以降低導電損耗。然而,由于大多數同步降壓MOSFET驅動器不提供以不同電壓分別獨立驅動控制門極與同步門極的選項,因此該解決方案不具有實際意義。

?

　　---下面的應用實例將對兩種VGS條件下的效率進行比較。為了簡化起見,對每種情況我們都采用相同振幅的VGS用于控制MOSFET及同步MOSFET。