控制器|开关电源的MOSFET如何选择，看这篇就够了！( 二 )

图 2—AC 损耗图
图 3—开关频率对 AC 损耗的影响
开关处在导通状态下出现 DC 损耗，其原因是 FET 的导通电阻。这是一种十分简单的 I2R 损耗形成机制，如图 4 所示。但是，导通电阻会随 FET 结温而变化，这便使得这种情况更加复杂。所以，使用方程式 3）、4）和 5）准确计算导通电阻时，就必须使用迭代方法，并要考虑到 FET 的温升。
降低 DC 损耗最简单的一种方法是选择一个低导通电阻的 FET 。另外， DC 损耗大小同FET 的百分比导通时间成正比例关系，其为高侧 FET控制器占空比加上 1 减去低侧 FET 占空比，如前所述。由图 5 我们可以知道，更长的导通时间就意味着更大的DC 开关损耗，因此，可以通过减小导通时间/FET 占空比来降低 DC 损耗。例如，如果使用了一个中间 DC 电压轨，并且可以修改输入电压的情况下，设计人员或许就可以修改占空比。

图 4—DC 损耗图

图 5—占空比对 DC 损耗的影响
尽管选择一个低栅极电荷和低导通电阻的 FET 是一种简单的解决方案，但是需要在这两种参数之间做一些折中和平衡。低栅极电荷通常意味着更小的栅极面积/更少的并联晶体管，以及由此带来的高导通电阻。另一方面，使用更大/更多并联晶体管一般会导致低导通电阻，从而产生更多的栅极电荷。这意味着， FET 选择必须平衡这两种相互冲突的规范。另外，还必须考虑成本因素。
低占空比设计意味着高输入电压，对这些设计而言，高侧 FET 大多时候均为关断，因此 DC 损耗较低。但是，高 FET 电压带来高 AC 损耗，所以可以选择低栅极电荷的 FET ，即使导通电阻较高。低侧 FET 大多数时候均为导通状态，但是 AC 损耗却最小。这是因为，导通/关断期间低侧 FET 的电压因 FET 体二极管而非常地低。因此，需要选择一个低导通电阻的 FET ，并且栅极电荷可以很高。图 7 显示了上述情况。

图 7—低占空比设计的高侧和低侧 FET 功耗
如果我们降低输入电压，则我们可以得到一个高占空比设计，其高侧 FET 大多数时候均为导通状态，如图 8 所示。这种情况下， DC 损耗较高，要求低导通电阻。根据不同的输入电压， AC 损耗可能并不像低侧 FET 时那样重要，但还是没有低侧 FET 那样低。因此，仍然要求适当的低栅极电荷。这要求在低导通电阻和低栅极电荷之间做出妥协。就低侧 FET 而言，导通时间最短，且 AC 损耗较低，因此我们可以按照价格或者体积而非导通电阻和栅极电荷原则，选择正确的 FET 。

图 8—高占空比设计的高侧和低侧 FET 功耗
假设一个负载点 (POL) 稳压器时我们可以规定某个中间电压轨的额定输入电压，那么最佳解决方案是什么呢，是高输入电压/低占空比，还是低输入电压/高占空比呢？使用不同输入电压对占空比进行调制，同时查看 FET功耗情况。
图 9 中，高侧 FET 反应曲线图表明，占空比从 25% 增至 40% 时 AC 损耗明显降低，而DC 损耗却线性增加。因此， 35% 左右的占空比，应为选择电容和导通电阻平衡FET的理想值。不断降低输入电压并提高占空比，可以得到最低的AC 损耗和最高的 DC 损耗，就此而言，我们可以使用一个低导通电阻的 FET ，并折中选择高栅极电荷。如低侧 FET 图 10 所示，控制器占空比由低升高时 DC 损耗线性降低（低侧 FET 导通时间更短），高控制器占空比时损耗最小。整个电路板的AC 损耗都很低，因此任何情况下都应选择使用低导通电阻的 FET 。

图 9—高侧FET 损耗与占空比的关系